EP3515634A1 - Regelung der schmalseitenkonizität einer stranggusskokille : verfahren und vorrichtung - Google Patents

Abstract

Regelung des Schmalseitenkonus einer Stranggusskokille Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille basierend auf der Messung der mit Hilfe von Aktoren auf die Schmalseiten aufgebrachten Kräfte. Um eine möglichst optimale Schmalseitenkonizität zu erzielen, bei der durch die Anstellung der Schmalseitenplatten an den gegossenen Metallstrang dessen temperaturbedingte Schrumpfung möglichst genau ausgeglichen und so ein möglichst großflächiger Kontakt zum Metallstrang hergestellt wird, schlägt die Erfindung einen Regelkreis vor, dessen Regelabweichung auf der Messung der an den Aktoren während des Stranggießens auftretenden Kräfte beruht. Mittels geeigneter Parametrierung der Regelgöße, der Regelvorschrift sowie Filtern des Regelkreises kann ein sehr schnelles und zuverlässiges Regelverhalten realisiert werden. Für eine erfindungsgemäße Vorrichtung werden doppeltwirkende Hydraulikzylinder als Aktoren vorgeschlagen.

Description

Beschreibung

REGELUNG DER SCHMALSEITENKONIZITÄT EINER STRANGGUSSKOKILLE : VERFAHREN UND VORRICHTUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille basierend auf der Messung der auf die Schmalseiten aufgebrachten Kräfte.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stranggusskokille, de- ren Schmalseitenplatten mit Hilfe von in unterschiedlichem Abstand zur Eingießseite gelegenen Aktoren entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren angestellt werden.

Stranggusskokillen kommen beim Gießen von Metallbrammen, ins- besondere beim Gießen von Stahlbrammen zum Einsatz. Dabei besteht eine Stranggusskokille, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, aus vier einzelnen, zueinander verschiebbar angeordneten Metallplatten, den sogenannten Kokillenplatten, die bevorzugt aus einer Kupferlegierung gefertigt sind und im Wesentlichen Quaderform besitzen.

In Bezug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille besitzen alle vier Kokillenplatten annähernd die gleiche Erstreckung, die folglich als Kokillenhöhe H bezeichnet wird. Zudem weisen jeweils zwei der Kokillenplatten dieselbe Abmessung in Breitenrichtung auf. Die Kokillenplatten des Paares mit der größeren Abmessung in Breitenrichtung werden auch als Breitseitenplatten bezeichnet, jene mit der kleineren Abmessung in Breitenrichtung als Schmalseitenplatten.

Die vier Kokillenplatten einer Stranggusskokille werden, bezogen auf die Gießrichtung, in gleicher Höhe angeordnet, wobei die beiden Breitseitenplattenplatten und die beiden Schmalseitenplatten jeweils einander gegenüberliegen. Dadurch entsteht eine beidseitig offene Gießform, deren Öffnungen als eingießseitiges bzw. austrittseitiges Ende bezeichnet werden und die - bezogen auf eine zur Gießrichtung normal stehende Schnittebene - einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt derart, dass jede der beiden Breitseitenplatten während des Gießvorganges mit ihrer Innenfläche die beiden Schmalseitenplatten, und umgekehrt jede Schmalseitenplatte mit zwei einander ge^¬ genüberliegenden Außenflächen die beiden Breitseitenplatten kontaktiert. Dabei wird die Distanz zwischen den austrittsei- tigen Enden der Schmalseitenplatten als Gießbreite bezeichnet, da dieser Abstand die Abmessung des gegossenen Metall- Stranges beim Austritt aus der Kokille definiert.

Diese Anordnung ermöglicht einerseits, dass die Schmalseiten^¬ platten auch während des Gießvorganges parallel zu den Innen^¬ flächen der Breitseitenplatten verschoben werden können. An- dererseits kann durch mechanisches Anstellen der Breitseitenplatten an die Schmalseitenplatten eine Klemmkraft auf die Schmalseitenplatten ausgeübt werden.

Der - bezogen auf die Gießrichtung - von den Kokillenplatten umschlossene Raum wird im Weiteren als Innenraum der Kokille bezeichnet, dementsprechend werden die dem Innenraum zuge^¬ wandten Flächen der Kokillenplatten als deren Innenflächen bezeichnet, analog dazu werden die den Innenflächen der je^¬ weiligen quaderförmigen Kokillenplatten gegenüberliegenden Flächen auch als Außenflächen der Kokillenplatten bezeichnet.

An den Außenflächen der Kokillenplatten sind in der Regel sogenannte Backupplatten befestigt, die einerseits für eine ausreichende mechanische Stabilität der Kokillenplatten sor- gen und andererseits eine Kühlvorrichtung enthalten, der die beim Stranggießen freiwerdende Wärme der Metallschmelze von den Kokillenplatten ableitet. Derartige Vorrichtungen, wie z.B. Ausfräsungen an den Außenflächen der Kokillenplatten, die gemeinsam mit den Backupplatten wasserdurchströmte Kühl- kanäle ausbilden, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt .

Die verschiebbare Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt durch entsprechende Aktoren, die es ermöglichen, ein- zelne Kokillenplatten räumlich zu positionieren und dadurch die für die Abmessung der produzierten Metallbramme maßgebli^¬ che Querschnittsfläche der Kokille zu variieren. Derartige Aktoren können z.B. motorisch angetriebene Spindeln oder hyd- raulische Aktoren sein, die ebenfalls aus dem Stand der Tech^¬ nik bekannt sind.

Beim Gießvorgang wird eine Metallschmelze am eingießseitigen Ende in den Innenraum der Kokille eingebracht, wobei die Me- tallschmelze wegen der Wärmeabgabe an die Kokillenplatten im Kontaktbereich zu den Kokillenplatten zu erstarren beginnt und in diesem Bereich eine sogenannte Strangschale ausbildet, deren Dicke sich während des Durchtretens des entsprechenden Strangabschnitts durch die Kokille kontinuierlich vergrößert. Der solcherart teilerstarrte Metallstrang wird durch entspre^¬ chende Auszugsvorrichtungen, wie z.B. angetriebene Treiberrollen in dem der Kokille nachfolgenden Rollgang, am austrittseitigen Ende der Kokille aus dieser ausgezogen, wobei dieser Prozess durch mechanische Oszillationsbewegungen der Kokille selbst unterstützt wird.

Die Oberfläche der flüssigen Metallschmelze im Inneren der Stranggusskokille wird auch als Gießspiegel bezeichnet, dem^¬ entsprechend ist die sog. Gießspiegelhöhe h als Abstand des Gießspiegels vom austrittseitigen Ende der Kokille definiert.

Weiters wird in die Kokille an ihrem eingießseitigen Ende Gießpulver auf die Metallschmelze aufgebracht, welches an der Oberfläche der noch flüssigen Metallschmelze durch die abge- gebene Wärme aufgeschmolzen wird und in weiterer Folge einen Gleitfilm zwischen der sich bildenden Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten ausbildet, der die mechanische Reibung zwischen der Strangschale und den Innenseiten der Kokillenplatten verringert.

Trotz der Ausbildung einer Strangschale verbleibt der überwiegende Teil des im Kokilleninneren befindlichen Abschnittes des Metallstranges in der flüssigen Phase. Daher wirkt auf die Strangschale ein entsprechender ferrostatischer Druck, der durch einen entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten ausgeglichen werden muss, da die Strangschale selbst keinen ausreichenden Gegendruck aufbauen kann. Aus diesem Grund wird während des Gießvorganges insbesondere auf die Schmalseitenplatten mittels deren Aktoren eine entsprechende Andruckkraft aufgebracht, da die Klemmwirkung, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, in der Regel nicht ausreichend ist.

Ein an einer Schmalseitenplatte angeordneter Aktor besitzt einen Angriffspunkt, an dem eine Kraftübertragung an die Schmalseitenplatte erfolgt und wobei durch eine räumliche Verschiebung des Angriffspunktes durch den Aktor die Schmal- seitenplatte an dieser Stelle bewegt wird. Dieser Angriffs^¬ punkt kann gelenkig ausgestaltet sein, wenn sich beispielswe- se die Neigung der Schmalseitenplatte bei der Verschiebung durch den Aktor ändert. Dem Angriffspunkt ist in diesem Sinne eine im Raum verschiebliche Position zugeordnet, die im Wei- teren als Aktorposition bezeichnet wird. Weiters umfasst ein Aktor einen Sensor, mit dem der aktuelle Wert der Aktorposition erfasst wird, welcher auch als Istposition des Aktors bezeichnet wird und der an eine Regeleinheit übertragen wird. Bei einer Positionsregelung des Aktors wird diesem von der

Regeleinheit ein bestimmter Positionswert vorgegeben, der im Weiteren auch als Sollposition des Aktors bezeichnet wird. Dabei wird die Istposition des Aktors mit dessen Sollposition verglichen und der Aktor von der Regeleinheit derart ange- steuert, dass Istposition und Sollposition übereinstimmen. Diese Ansteuerung geschieht durch Beaufschlagung des Aktors mit einer entsprechenden mechanischen Kraft, die über den Angriffspunkt des Aktors an die Schmalseitenplatte übertragen wird und wodurch als Folge die Position der Schmalseitenplat- te an dieser Stelle verändert wird. Die Beaufschlagung des Aktors mit einer mechanischen Kraft wird ebenfalls von der Regeleinheit veranlasst und kann beispielsweise durch Verän^¬ derung des Hydraulikdrucks erfolgen, wenn der Aktor in Form eines Hydraulikzylinders ausgestaltet ist. Während des Gießvorganges werden allen Aktoren der Stranggusskokille individuelle Sollpositionen vorgegeben und dadurch die nach innen wirkende Kräfte der einzelnen Aktoren so geregelt, dass durch das Zusammenwirken aller Aktoren während des Gießvorganges - mit Ausnahme während des Vorganges einer Positionsverstellung der Schmalseitenplatten - die nach außen gerichteten Kräfte der Metallschmelze exakt ausgegli^¬ chen werden, da sich andernfalls die Schmalseitenplatten be- wegen würden. Es herrscht somit ein Kräftegleichgewicht zwi^¬ schen den nach außen gerichteten, vom ferrostatischen Druck der Metallschmelze verursachten Kräften und den nach innen gerichteten Kräften der Aktoren. Da Metalllegierungen bei ihrer Erstarrung und nachfolgenden

Abkühlung eine Verkleinerung ihres räumlichen Volumens erfahren, schrumpft der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die Kokille entsprechend. Es ist zudem bekannt, dass zur Erreichung eines qualitativ möglichst hochwertigen Ergeb- nisses der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die

Kokille einen möglichst großflächigen mechanischen Kontakt zu den Innenflächen der Kokillenplatten aufweisen soll. Hebt sich jedoch die Strangschale aufgrund thermischer Schrumpfung von der Kokilleninnenfläche ab, so reduziert dies an der be- treffenden Stelle den Wärmeabfluss aus dem Metallstrang in nennenswertem Ausmaß, was eine uneinheitliche Qualität der Strangoberfläche zur Folge hat und im Extremfall bis zum Auf^¬ reißen der Strangschale führen kann. Eine Maßnahme, um ein möglichst großflächiges und gleichmäßi^¬ ges Anliegen des durch die Kokille hindurchtretenden Metallstranges zu erreichen, besteht darin, eine geringfügige Nei^¬ gung zwischen den jeweils einander gegenüberliegenden Kokillenplatten vorzugeben, sodass sich der Querschnitt der Kokil- le vom eingießseitigen Ende zum austrittseitigen Ende entsprechend der Schrumpfung des Metallstranges verjüngt.

Die Neigung der gegenüberliegenden Breitseitenplatten wird in der Regel durch eine trapezförmige Form der Schmalseitenplat- ten erreicht: da die Schmalseitenplatten die beiden Breitseitenplatten entlang ihrer HöhenerStreckung kontaktieren, besteht zwischen den jeweils oberen, eingießseitigen Enden der beiden Breitseitenplatten ein anderer Abstand als zwischen den unteren, austrittseitigen Enden der Breitseitenplatten. Der Quotient aus der Differenz zwischen den oberen Abständen f und den unteren Abständen d zwischen den Breitseitenplatten und der Kokillenhöhe H entsprechend K_b = (f - d) / h wird auch als Breitseitenkonizität bezeichnet.

In ähnlicher Weise wird die Konizität der Schmalseitenplatten - im Weiteren auch als Schmalseitenkonizität K_s bezeichnet - üblicherweise als Differenz des Abstands e der eingießseiti^¬ gen Enden der Schmalseitenplatten zueinander und des Abstands b der austrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten zueinander, welcher identisch zur Gießbreite b ist, gemäß

K_s = (e - b) / b definiert. Es sind jedoch auch andere Definitionen der

Schmalseitenkonizität möglich, wobei wesentlich ist, dass diese dabei von der Neigung zumindest einer der Schmalseitenplatten in Bezug auf die Gießrichtung abhängen. So ist es denkbar, eine Definition für die Schmalseitenkonizität nur auf eine einzelne Schmalseitenplatte zu beziehen, beispiels^¬ weise

K_s, i = ( ei - bi ) / i mit l e { l , 2}, wobei der Index 1 die erste bzw. die zweite Schmalseitenplat^¬ te und ei den eingießseitigen und bi den austrittseitigen Normalabstand der Schmalseitenplatte 1 zur geometrischen Mit^¬ tenlinie der Stranggusskokille bezeichnen. Im Fall einer der^¬ artigen, nur auf eine Schmalseitenplatte bezogenen Definition der Schmalseitenkonizität werden der Stranggusskokille folg^¬ lich zwei Werte für die Schmalseitenkonizität zugeordnet. Da der Breitseitenkonus allein durch die geometrische Form der Schmalseitenplatten vorgegeben ist, kann darauf während des Gießbetriebes kein Einfluss genommen werden. Um daher den Kontakt der Kokilleninnenseite mit der Strangschale während des Gießvorganges zu verbessern, sind aus dem Stand der Tech^¬ nik Lösungen bekannt, die Einfluss auf die Form der Schmal^¬ seitenplatten einer Kokille nehmen. Die Ausbildung der Strangschale beim Durchtritt des Metall^¬ stranges durch die Stranggusskokille hängt von unterschiedli^¬ chen Faktoren, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, der Zusammensetzung der Metallschmelze selbst, den Eigenschaften des Gießpulvers oder von der Kühlleistung der Kühlvorrichtung der Kokille ab, die den Wärmeübertrag vom gegossenen Metallstrang an die Kokille und damit den mechanischen Kontakt des Metall^¬ stranges mit der Kokille ebenfalls beeinflussen.

Aus der JP 2010 253548 A ist eine Konstruktion für Strang- gusskokillen bekannt, die vorschlägt, die Schmalseitenplatten während des Gießens in Abhängigkeit von der Gießgeschwindig^¬ keit, des Kohlenstoffgehalts der Metallschmelze oder des aus dem Metallstrang an die Kokille übertretenden Wärmestroms mechanisch zu verbiegen, wobei der Wärmestrom aus Temperatur- werten des Kühlwassers der Kühlvorrichtung der Kokille errechnet wird. Ziel dieser Erfindung ist es, durch das geziel^¬ te Verbiegen der Schmalseitenplatten sowohl den Erstarrungsverlauf der Strangschale als auch die Reibungskräfte, die an den Innenflächen der Kokillenplatten auftreten, auch bei sich ändernden Gießbedingungen möglichst konstant zu halten und so die Bildung von Längsrissen im gegossenen Metallstrang zu vermeiden. Dabei wird zur Aufbringung der erforderlichen Biegekräfte ein komplexer Biegemechanismus entsprechend Fig. 15 und Fig. 18 verwendet.

Die JP H03 210953 A schlägt eine Stranggusskokille vor, deren Schmalseitenplatten jeweils eine in horizontaler Richtung senkrecht zur Gießrichtung verlaufende Nut 15 aufweisen, wes^¬ wegen sich an dieser Stelle unter Krafteinwirkung ein Knick entsprechend Fig.l ausbildet. Die Regelung dieser Krafteinwirkung erfolgt dabei in Abhängigkeit von mittels eines Ther^¬ moelementes gemessenen Temperaturwerten in der Nähe des aus- trittseitigen Endes der Schmalseitenplatten. Die Nuten der Schmalseitenplatten stellen dabei eine mechanische Schwachstelle dar.

Die JP H02 247059 A schlägt vor, die Schmalseitenplatten mitsamt den daran montierten Backupplatten in Abhängigkeit des gemessenen Wärmestromes bzw. der Gießgeschwindigkeit zu ver^¬ biegen. Die dafür benötigten Biegekräfte sind sehr hoch, die Innenflächen der Schmalseitenplatten nehmen dabei einen entlang der Gießrichtung gekrümmten Verlauf an. Nachteilig bei allen vorgenannten Veröffentlichungen ist, dass zur Verbiegung der Schmalseitenplatten hohe mechanische Kräfte bzw. entsprechend komplexe Gewerke nötig sind.

Zudem wird bei den genannten Veröffentlichungen ein hypothe- tischer Erstarrungsverlauf der Strangschale angenommen, für den eine physikalische Modellbildung nötig ist, die wiederum von diversen Einflussfaktoren abhängt und daher mit dement- sprechenden Unsicherheiten behaftet ist, da keine direkte Messung der tatsächlichen Kontaktfläche zwischen Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatte stattfindet.

Ein weiterer Nachteil der obengenannten Veröffentlichungen besteht darin, dass eine Regelung, die auf einem gemessenen Temperaturwert bzw. einem gemessenen Wärmestrom beruht, eine entsprechend inhärente Trägheit besitzt und daher nicht schnell genug auf sich rasch ändernde Produktionsbedingungen reagieren kann.

Um nachteilige mechanische Belastungen der Schmalseitenplat- ten zu umgehen, schlägt die gegenständliche Erfindung daher vor, anstatt einer Verbiegung der Schmalseitenplatten diese während des Gießbetriebes in ihrer räumlichen Lage zu verän^¬ dern, indem sie entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten geführt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Klemm- kraft, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, reduziert wird, dann die Schmalseitenplatten mithil- fe entsprechender positionsgeregelter Aktoren entsprechend verstellt und schließlich der Anpressdruck der Breitseiten- platten auf den ursprünglichen Wert wieder eingestellt wird. Ein solcher Verstellvorgang erfolgt kontrolliert und derart, dass es trotz der nach außen wirkenden Kräfte der flüssigen Metallschmelze zu keinem plötzlichen Aufreißen der Strangschale kommt .

Insbesondere kann so die der Schmalseitenkonizität an die von der Ausbildung der Strangschale herrührende Schrumpfung des Metallstranges angepasst werden, sodass die Kontaktfläche der Schmalseitenplatten mit der Strangschale möglichst groß ist. Dabei werden keine Kräfte für die Verbiegung der Schmalsei^¬ tenplatten selbst aufgebracht und die Reibungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten werden nicht unnötig erhöht. Bei einer in diesem Sinne optimalen Schmalseitenkonizität entspricht die Anstellung der Schmalseiten der Kokille genau der Schrumpfung des Strangs, die durch das Anwachsen der Strangschale hervorgerufen wird. Typische Werte der Schmal^¬ seitenkonizität liegen zwischen 0.9% und 1.3% der Gießbreite entsprechend der obengenannten Definition.

Eine zu starke Konizität der Schmalseitenplatten, die eine Quetschung des Stranges durch die Kokille verursacht, bewirkt neben einer verstärkten Abnutzung der Kokillenoberfläche eine Erhöhung der Reibung zwischen Kokille und Strang. Unter Umständen kann beim Durchtreten des Metallstranges durch die Stranggusskokille im Kantenbereich, wo die Schmalseitenplat^¬ ten und die Breitseitenplatten aufeinandertreffen, auch ein Ausbeulen der Strangschale nach innen erfolgen, was wiederum zu Längsfehlern im Metallstrang führt.

Durch eine zu geringe Schmalseitenkonizität andererseits ent^¬ steht eine Lücke zwischen der Strangschale und den Schmalsei- tenplatten der Kokille, was zu einem reduzierten Strangscha- lenwachstum aufgrund einer zu geringen Wärmeabfuhr über die Kokillenwände führen kann. Ein dadurch hervorgerufenes Aus^¬ beulen des Strangs in der Kokille kann neben einer erhöhten Durchbruchswahrscheinlichkeit ebenfalls zu Qualitätsproblemen im Kantenbereich des Metallstranges führen.

Die optimale Schmalseitenkonizität hängt von diversen Produk^¬ tionsparametern, wie z.B. der Schrumpfungscharakteristik der gegossenen Metallschmelze oder auch von der tatsächlichen Wärmeabfuhr, die unter anderem durch die Eigenschaften des

Gießpulvers und die Gießgeschwindigkeit bestimmt wird, ab. Es ist daher sinnvoll, die Schmalseitenkonizität an die vorherr^¬ schend Gießbedingungen während des Gießens dynamisch anzupas^¬ sen .

Das Einstellen der Schmalseitenkonizität einer Stranggussko^¬ kille während des Gießbetriebes in Abhängigkeit von einem Produktionsparameter ist aus dem Stand der Technik bekannt. Um eine rasche Schmalseitenverstellung zu gewährleisten, kann die Klemmung der Breitseitenplatten beispielsweise permanent durch eine voreingestellte Federklemmung erfolgen, deren Klemmwirkung von einer entsprechenden Entklemmvorrichtung nur kurzzeitig während der Verstellung der Schmalseitenkonizität geöffnet wird, indem Aktoren der Entklemmvorrichtung die Klemmkraft der Federklemmung aufheben.

So beschreibt die DE 10 2014 227 013 AI die Verstellung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille in Abhängigkeit von einer Temperaturverteilung in den Kokillenplatten und dem daraus abgeleiteten mechanischen Kontakt der Strangschale an die Innenflächen der Kokillenplatten. Die Temperaturverteilung wird dabei bevorzugt mit Hilfe von Lichtwellenleiter^¬ sensoren ermittelt, wobei auf den mechanischen Kontakt bzw. auf die Ausbildung von Luftspalten aus dem Verhältnis von Messwerten zwischen mittig angeordneter und randnaher Temperatursensoren rückgeschlossen wird.

Zum einen ist die in der DE 10 2014 227 013 AI beschriebene temperaturbasierte Regelung des Schmalseitenkonus relativ langsam - so kann beispielsweise das Abheben der Strangschale nur mit entsprechender zeitlicher Verzögerung detektiert werden. Andererseits basiert dieses Regelverfahren lediglich auf dem vom gegossenen Metallstrang an die Kokillenplatten über- tretenden Wärmestrom und den damit einhergehenden Temperaturänderungen, ohne jedoch Reibungskräfte zu berücksichtigen und stellt somit nur ein indirektes Verfahren zur Ermittlung der geeigneten Konizität dar, das mit entsprechenden Ungenau- igkeiten behaftet ist.

Die JP S56 119646 A beschreibt eine Stranggusskokille, deren Platten während des Gießens druckgeregelt verfahren werden. Dabei sind die Schmalseitenplatten jeweils an ihrem eingieß- seitigen Ende beweglich mit einer Basisplatte verbunden, wel- che in horizontaler Richtung bewegt und fixiert werden kann. Nahe dem gießaustrittseitigen Ende der Schmalseitenplatten liegt der Angriffspunkt eines druckgeregelten Aktors, z.B. eines Hydraulikzylinders, der die Schmalseitenplatten gegen den gegossenen Metallstrang drückt, wobei ein geringer Spalt- abstand von 0.1 - 0.2mm in Gießrichtung zwischen den Schmalseitenplatten und den Breitseitenplatten besteht, um deren Relativbewegung zu ermöglichen.

Zwar erlaubt diese Erfindung wegen der druckgeregelten An- Steuerung der unteren Aktoren ein schnelles Reagieren auf wechselnde Produktionsbedingungen in Bezug auf den Kontakt der Schmalseitenplatten mit dem Metallstrang, jedoch erfolgt mit den Bewegungen der Aktoren gleichzeitig ein Verstellen des Schmalseitenkonus selbst, sodass das Anliegeverhalten der Schmalseitenplatten einerseits und der optimale Wert des

Schmalseitenkonus andererseits nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Außerdem kann keine gleichmäßige Gießbreite aufrechterhalten werden, da bei einem Regelvorgang eine Verkippung der Schmalseitenplatten an ihrem unterem Ende erfolgt und zudem auch nicht gewährleistet werden kann, dass der Schmalseitenkonus auf beiden Seiten identisch ist, was zu einem uneinheitlichen Wachstum der Strangschale führen kann.

Weiterhin ist es üblich, aus bekannten Produktionsparametern wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze, der Gießbreite, der aktuellen Gießgeschwindigkeit oder eines aus ge^¬ messenen Temperaturwerten errechneten Wärmestromes, einen Wert für die Schmalseitenkonizität zu errechnen und diesen Wert manuell mittels des Automatisierungssystems der betref^¬ fenden Stranggießanlage vorzugeben. Diese Vorgehensweise be^¬ ruht entweder auf Erfahrungswerten oder einer Modellannahme bezüglich des Strangschalenwachstums und ist daher mit ent^¬ sprechend vielen Unsicherheiten behaftet, zudem ist eine ge- naue Reproduzierbarkeit wegen des manuellen Eingriffes nicht gegeben .

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der vorgenannten Methoden zu überwinden und ein Verfahren zum Regeln der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille zu offenbaren, das in Abhängigkeit von den aktuellen Prozessbedingungen eine möglichst schnelle und reproduzierbare Ein^¬ stellung des optimalen Wertes der Schmalseitenkonizität im Sinne einer möglichst großen Kontakt fläche zwischen Strang- schale und Kokilleninnenseite ohne unnötige Erhöhung der Rei^¬ bungskräfte erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An^¬ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Folgenden wird von einer Stranggusskokille ausgegangen, deren Schmalseitenplatten über jeweils zumindest zwei mechanische Aktoren entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten verschoben werden können und wodurch eine nach innen gerichtete Kraft auf die Strangschale des gegossenen Metallstranges ausgeübt wird, um dem nach außen wirkenden ferrostatischen Druck der noch nicht durcherstarrten Metallschmelze entgegenzuwirken, da die Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten und die intrinsische Kohäsionskraft der Strangschale selbst nicht ausreichen, um ein Aufreißen des Stranges zu verhindern. Diese von den Schmalseitenplatten auf die Strangschale übertragenen Kräfte werden im Weiteren als Schmalseitenkräfte bezeichnet. Es wird angenommen, dass die Gießrichtung der Stranggussko^¬ kille 1 im Wesentlichen in Richtung der Erdbeschleunigung orientiert ist; daher steigt der ferrostatische Druck der in die Kokille 1 eingebrachten Metallschmelze in Gießrichtung entsprechend dem Verhalten einer Flüssigkeit linear mit dem Abstand zur Oberfläche der Metallschmelze an, die sich in Gießrichtung in einem Abstand entsprechend der Gießspiegelhö^¬ he über den austrittseitigen Enden der Kokillenplatten befin- det.

Der Druckanstieg innerhalb der flüssigen Metallschmelze setzt sich naturgemäß auch unterhalb des austrittseitigen Endes der Stranggusskokille fort. Eine Abweichung vom linearen An- Stiegsverhalten aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Dich^¬ te der Metallschmelze kann in dieser Betrachtung in guter Näherung vernachlässigt werden, da die Temperatur der in die Kokille eingebrachten Schmelze nur knapp über der Erstarrungstemperatur liegt .

Der ferrostatische Druck der Metallschmelze bewirkt nach au^¬ ßen gerichtete Kräfte, die durch entsprechend nach innen ge^¬ richtete Gegenkräfte kompensiert werden müssen, um ein Auf^¬ reißen der Strangschale zu verhindern.

Beim Durchtreten der Metallschmelze durch die Stranggussko^¬ kille kommt es aufgrund der Kühlwirkung zur Ausbildung einer Strangschale entlang der Innenflächen der Kokillenplatten. Die Strangschale besitzt eine Eigenfestigkeit, die lokal von ihrer Dicke abhängt und die den nach außen wirkenden ferro- statischen Druck der Metallschmelze teilweise kompensiert. Der darüberhinausgehende Teil des ferrostatischen Drucks muss im Inneren der Stranggusskokille durch entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten kompensiert werden, um ein Aufrei- ßen der Strangschale zu vermeiden.

Während sich durch die fest eingestellte Klemmung der Breit^¬ seitenplatten der entsprechende Gegendruck automatisch einstellt, muss der Gegendruck entlang der Schmalseitenplatten aktiv geregelt werden, da es zu keiner vollständigen Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten kommt. Die räumliche Position und Orientierung der Schmalsei^¬ tenplatten erfolgt daher durch eine aktive Positionsregelung der die Schmalseitenplatten bewegenden mechanischen Aktoren.

Nach dem Austreten des Metallstranges aus der Stranggussko^¬ kille ist die Strangschale bereits soweit angewachsen, dass der die Eigenfestigkeit der Strangschale überschreitende fer- rostatische Druck problemlos durch räumlich fest eingestellte bzw. positionsgeregelte Strangführungsrollen ausgeglichen werden kann, wobei die Strangführungsrollen die Oberfläche des ausgezogenen Metallstranges direkt abstützen. Versuche zeigen, dass die Schmalseitenkräfte mit kleiner wer^¬ dender Gießgeschwindigkeit (kleiner als 0.6 Meter pro Minute) bedingt durch die Ausbildung der Strangschale und der damit einhergehenden Strangschrumpfung stets abnehmen, bis der Metallstrang bei sehr kleinen Gießgeschwindigkeiten (0 bis 0.2 Meter pro Minute) den Kontakt mit den Kokillenschmalseiten fast vollständig verliert und die Schmalseitenkräfte gegen Null tendieren.

Weiters zeigen Versuche, dass eine Verstellung der Schmalsei- tenkonizität einen direkten Einfluss auf die benötigten Schmalseitenkräfte bewirkt.

Es liegt somit ein empirischer Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Gießgeschwindigkeit vor. Weiters besteht ein Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Schmalseitenkonizität.

Die vorliegende Erfindung zur Einstellung eines möglichst op^¬ timalen Wertes der Schmalseitenkonizität, bei der die Anstel- lung der Schmalseitenplatten gegen die sich ausbildende

Strangschale genau die Schrumpfung des Metallstranges aus^¬ gleicht, basiert auf der Ausnutzung dieses Zusammenhanges und schlägt ein Verfahren zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität K_s einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges mit Hilfe zumindest eines Regelkreises vor, wobei die Strang^¬ gusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte um- fasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Ak^¬ toren zum Positionieren der jeweiligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der

Stranggusskokille angeordnet sind und wobei in Wirkrichtung jedes Aktors während des Betriebs der Stranggusskokille ent- sprechende Kräfte auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zyklusdurchlauf durch den zumindest einen Regelkreis - ein Referenzdruck P_ref als Führungsgröße und

- eine mittlere Flächenpressung P_med zwischen den Schmalsei^¬ tenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung P_med aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelt wird, herangezogen werden und dass

- ein Regler in Abhängigkeit von einer Regelabweichung P_dlf = P_ref - P_med als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität K_s als Stellgröße des Regelkreises ermittelt und dass

- über eine Regelstrecke mittels der Aktoren die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität K_s eingestellt wird. Erfindungsgemäß kann jede der beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille von einem eigenen, unabhängigen Regelkreis positioniert werden, der nur die Aktoren der jeweiligen Schmalseitenplatte ansteuert. In diesem Fall hängt die Stell^¬ größe des betreffenden Regelkreises von der Neigung der je- weiligen Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung ab und das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit zwei unab^¬ hängige Werte für die Schmalseitenkonizität - jeweils einen Wert für die erste und einen Wert für die zweite Schmalsei^¬ tenplatte - der Stranggusskokille. Alternativ kann jedoch auch ein gemeinsamer Regelkreis für beide Schmalseitenplatten verwendet werden, der dementsprechend die Aktoren beider Schmalseitenplatten ansteuert. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen ge^¬ meinsamen Wert für die Schmalseitenkonizität der Strang^¬ gusskokille, dessen Definition von den Neigungen beider Schmalseitenplatten in Bezug auf die Gießrichtung gleichermaßen abhängt .

Weiters kann der Regler des Regelkreises auch Filterungen enthalten, die entweder das Eingangssignal für eine im Regel^¬ kreis enthaltene Regelvorschrift aufbereiten oder das von der Regelvorschrift ermittelte Signal weiterverarbeiten, bevor es der Regelstrecke zugeleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein schnelles Rea^¬ gieren auf wechselnde Prozessbedingungen, da die Erfassung der Schmalseitenkräfte, die von den Prozessbedingungen beein- flusst werden, im Gegensatz zu Verfahren, die auf Temperaturoder Wärmestrommessungen beruhen, praktisch in Echtzeit erfolgt . Das erfindungsgemäße Verfahren basiert zudem auf einem empi^¬ rischen Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften einerseits und den momentanen Gießparametern, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, dem Verhalten des Gießpulvers oder der Zusam^¬ mensetzung der Metallschmelze andererseits, wobei dieser em- pirische Zusammenhang durch das Verhalten des Reglers model^¬ liert wird. Daher erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine physikalische Modellierung der Auswirkungen der diversen Einflussgrößen, sondern beruht vielmehr auf der Messung der unmittelbaren Rückwirkung der Gießparameter in Form der Schmalseitenkräfte, sodass die Auswirkungen aller relevanter Gießparameter gleichermaßen und gleich schnell berücksichtigt werden . So kann eine Abhebung der Strangschale von den Innenseiten der Schmalseitenplatten, hervorgerufen beispielsweise durch übermäßige Kühlung und damit einhergehender Strangschrumpfung, sofort detektiert werden, weil sich die für eine be- stimmte Regelposition aufzubringenden Schmalseitenkräfte ent^¬ sprechend verringern. Gleichermaßen kann eine Erhöhung der Schmalseitenkräfte, die eine Quetschung des Stranges bewirken würde und beispielsweise durch eine zu geringe Kühlleistung des Metallstranges hervorgerufen wird, unmittelbar ausgegli- chen werden. Auf diese Weise wird eine optimale Kraftvertei^¬ lung der Aktoren und dementsprechend eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Schmalseitenplatten erreicht, ohne dass dabei die Rei^¬ bungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Stranggusskokille unnötig erhöht werden.

Weiters gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren eine gu^¬ te Reproduzierbarkeit, da die Anpassung der Schmalseitenkonizität an die augenblicklichen Produktionsbedingungen keine Bedienereingriffe benötigt sondern nur von den voreingestell^¬ ten Parametern des Reglers bzw. von im Regler allenfalls durchgeführten Filterungen abhängt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge- mäßen Verfahrens ist der Referenzdruck P_ref eine Funktion der Dichte der flüssigen Metallschmelze pi_iq, einer Gießspiegelhö^¬ he h und eines dimensionslosen Korrekturfaktors S.

Unter der Dichte pi_iq der Metallschmelze ist die Materialdich- te der flüssigen Schmelze zu verstehen, deren physikalische

Einheit beispielsweise in kg/m³ angegeben wird. Der Referenzdruck P_ref hängt von der Dichte der Metallschmelze pi_iq und von der Gießspiegelhöhe h ab, die als Abstand des Gießspiegels zum austrittseitigen Ende der Kokille definiert ist und ent- hält zudem einen weiteren dimensionslosen Korrekturfaktor S, der vorgegeben werden kann.

Der Referenzdruck P_ref ist ein Parameter des Regelverfahrens und kann bei Bedarf auch während des Gießverfahrens, bei- spielsweise durch einen Bediener oder durch ein weiteres Leitsystem, neu eingestellt werden, um die Charakteristik des Regelkreises zu ändern. Dadurch ist es möglich, eine Änderung der Gießspiegelhöhe h während des Gießverfahrens zu berück- sichtigen oder flexibel auf Änderungen der Gießparameter, wie z.B. einen Wechsel bei der Zusammensetzung der Metallschmelze, des Gießpulvers oder bei der Wärmeabfuhr der Kokille, zu reagieren . Eine Adaption des Referenzdrucks kann beispielsweise auf Er^¬ fahrungswerten anhand der erfassten Gießparameter basieren, wodurch eine einmal unter bestimmten Gießbedingungen ermittelte, vorteilhafte Fahrweise der Stranggusskokille reprodu^¬ ziert werden kann.

Der Referenzdruck P_ref kann beispielsweise durch den Ausdruck P_ref = S · P_fer / 2 = S · p_liq · g · h / 2 bestimmt werden, wobei g der Wert der Erdbeschleunigung und P_fer den ferrostatischen Druck der Metallschmelze im Inneren des gegossenen Metallstranges am austrittseitigen Ende der Stranggusskokille bezeichnen. Da aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten der ferrostatische Druck P_fer linear in Gießrichtung ansteigt, entspricht der über die Gießspiegelhö^¬ he h gemittelte ferrostatische Druck, der als mittlere Flä^¬ chenpressung P_med bezeichnet wird, dem halben Wert des lokalen ferrostatischen Drucks P_fer am Fuß der Flüssigkeitssäule der Höhe h am austrittseitigen Ende der Kokille. Eine temperatur- bedingte Änderung der Dichte pi_iq kann hierbei unberücksichtigt bleiben, wenn die Eingießtemperatur der Metallschmelze nur wenige Grad über ihrer Erstarrungstemperatur liegt .

Der Korrekturfaktor S besitzt bevorzugt einen Wertebereich von 0.7 - 3 und berücksichtigt die Eigentragfähigkeit der sich bildenden Strangschale, die die Wirkung des nach außen gerichteten ferrostatischen Drucks P_fer der Metallschmelze abschwächt, weiters die Wirkung der Reibungskräfte zwischen den Schmalseitenplatten und den Breitseitenplatten, die den von den Aktoren der Schmalseitenplatten aufgebrachten Kräften entgegenwirken und diese entsprechend verringern sowie die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplat^¬ ten, die aufgrund der Schmalseitenkonizität eine nach außen gerichtete Kraftkomponente in Breitenrichtung der Stranggusskokille aufweist und vom Wert der Schmalseitenkonizität abhängt . Zudem kann der Korrekturfaktor S von der gewählten Gießgeschwindigkeit v abhängen, weil insbesondere die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten eine Gleitreibung darstellt und daher die dabei auftretenden Reibungskräfte von der Relativgeschwindigkeit zwischen den be^¬ teiligten Flächen abhängt.

Bei Werten von S < 1 überwiegt die Eigentragfähigkeit der Strangschale die Reibungskräfte zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale und kommt beispielsweise bei ei^¬ nem Betriebsmodus zur Anwendung, bei den die Breitseitenplat^¬ ten nur mit sehr geringer Klemmwirkung gegen die Schmalsei- tenplatten angestellt werden, was auch als Soft-Clamping bezeichnet wird.

Demgegenüber bedeuten Werte von S > 1, dass die Reibungskräf^¬ te zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale überwiegen und von den Aktoren der Schmalseitenplatten entsprechend kompensiert werden müssen.

Die Abhängigkeit des Korrekturfaktors S von der Gießgeschwin- digkeit v kann beispielsweise durch ein Tabellenmodell be^¬ schrieben werden, das auf Erfahrungswerten beruht. Auch kann S von weiteren Faktoren, wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze oder des Gießpulvers abhängen, welche ebenfalls in einem empirisch erfassten Tabellenmodell abgebildet werden können.

Die obengenannte Definition des Referenzdrucks P_ref bietet den Vorteil, dass sie eine einfach zu handhabende empirische Mo^¬ dellierung der Führungsgröße des erfindungsgemäßen Regelkrei- ses darstellt, die neben dem Korrekturfaktor S nur von ohnehin bekannten Prozessparametern abhängt und die daher mittels des Korrekturfaktor S beispielsweise in Bezug auf neue Zusam^¬ mensetzungen der Metallschmelze oder des Gießpulvers in ein^¬ facher Weise erweitert werden kann und keiner aufwändigen physikalischen Simulationen bedarf.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die mittlere Flächenpressung P_med durch den Ausdruck

Nl N2

P_med = [E(F_1;1)+ ( F₂ , _j)]/(2 · h · d)

bestimmt, wobei

F i , i die von einem Messglied des Regelkreises er- fasste, am Aktor i der ersten Schmalseiten- platte auftretende Kraft,

F₂ , _j die von einem Messglied des Regelkreises er- fasste, am Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte auftretende Kraft,

Nl die Anzahl der Aktoren der ersten Schmalsei- tenplatte,

N2 die Anzahl der Aktoren der zweiten Schmalseitenplatte,

h die Gießspiegelhöhe und

d die Gießdicke bezeichnen .

Die mittlere Flächenpressung P_med stellt eine Mittelung über die Kräfte sämtlicher Aktoren der beiden Schmalseitenplatten dar, die die Aktoren auf die Schmalseitenplatten ausüben.

Diese Kräfte können vorteilhafterweise sehr einfach und rasch mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden gemessen werden, wodurch der Regelkreis sehr rasch auf Regelabweichun- gen reagieren kann. Insbesondere ist ein viel rascheres Aus^¬ steuern von Regelabweichungen möglich, als dies bei tempera- tur- oder wärmestrombasierten Regelungen der Fall wäre, da Kraftmessungen innerhalb von Sekundenbruchteilen durchgeführt werden können .

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung einer gemeinsamen Schmalsei^¬ tenkonizität für beide Schmalseitenplatten symmetrisch in Be- zug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille unter Vorgabe der räumlichen Lage der Mittenlinie des Metallstranges in Be^¬ zug auf die Breitseitenplatten sowie eines Wertes für die Gießbreite b. Es kann für jede der beiden Schmalseitenplatten mittels der in Breitenrichtung der Stranggusskokille wirkenden Aktoren, deren räumliche Anordnung bekannt ist, jeweils die Neigung der Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung sowie eine absolute räumliche Position vorgegeben werden, was - be- zogen auf die gesamte Stranggusskokille - vier mechanische Freiheitsgrade darstellt.

Wenn die Lage der Mittenlinie des produzierten Metallstranges in Bezug auf die Breitseitenplatten durch entsprechende Posi- tionierung der Schmalseitenplatten konstant gehalten wird, sodass der Metallstrang nicht in Breitenrichtung relativ zu den Breitseitenplatten driftet, so verringert dies die Zahl der Freiheitsgrade um eins. Eine zusätzliche Vorgabe eines Abstandes der Schmalseitenplatten zueinander - beispielsweise des Abstandes der gießaustrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten, welcher definitionsgemäß identisch zur Gießbreite b der Stranggusskokille ist - reduziert die Freiheitsgrade um einen weiteren. Wenn ferner auch die Neigungen der beiden Schmalseitenplatten symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung eingestellt werden, so stellt dies eine Einschränkung auf nur noch einen einzigen mechanischen Freiheitsgrad der Schmalseitenplatten dar, der durch einen entsprechend eindeutigen Wert für die Schmalseitenkonizität repräsentiert wird. Dadurch be^¬ steht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen einem Wert für die Schmalseitenkonizität K_s und den Positionswerten der ein^¬ zelnen Aktoren sowohl der ersten als auch der zweiten Schmalseitenplatten, sodass aus einem Vorgabewert für die Schmal^¬ seitenkonizität K_s entsprechende Positionswerte der Aktoren beider Schmalseitenplatten in eindeutiger Weise bestimmt werden können. Somit werden in diesem Fall die beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille nicht mehr unabhängig vonei^¬ nander, sondern von einen einzigen Regelkreis positioniert.

In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Gießbreite b während der Ausführung des Regelverfahrens zu ändern oder aber konstant zu lassen sowie einen Startwert für die Sollpo^¬ sitionen der einzelnen Aktoren beim erstmaligen Durchlauf durch den Regelkreis anzugeben. Ein konstanter Wert der Gießbreite b während des Gießverfahrens ist insbesondere hin^¬ sichtlich der Qualität des gegossenen Metallstranges wünschenswert, da nachfolgend aufwendige Maßnahmen zur Einstel^¬ lung der Breite des Metallstranges, wie z.B. Brennschneiden oder seitliches Stauchen, entfallen können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Regler des zumindest einen Regelkreises eine Regelvorschrift mit einer von der Regelabweichung abge^¬ leiteten Eingangsgröße sowie einer Ausgangsgröße und es wer^¬ den in jedem Zyklus des zumindest einen Regelkreises die Ist^¬ positionen { Χι, ι , X2, } der Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte erfasst und daraus ein Istwert I_s für die Schmalseitenkonizität K_s abgeleitet und diese durch Vorgabe von entsprechenden Sollpositionen { Yi, ± , Y₂ , ₃ } für die Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte in einer die Wirkung der Schmal^¬ seitenkonizität auf die mittlere Flächenpressung abbildenden Regelstrecke des zumindest einen Regelkreises nur dann neu eingestellt, wenn eine Differenz zum ermittelten Istwert besteht .

Die erfas sten Istpositionen der Aktoren der Schmalseitenplat- ten stellen somit Eingangsgrößen und die ermittelten Sollpo- sitionen für die Aktoren entsprechende Ausgangsgrößen des zu- mindest einen Regelkreises dar, die in jedem Durchlauf durch den zumindest einen Regelkreis jeweils neu ermittelt werden.

Stimmen daher der Istwert I_s der Schmalseitenkonizität und die im aktuellen Zyklus des zumindest einen Regelkreises er^¬ mittelte Stellgröße, die identisch zum Sollwert der Schmal^¬ seitenkonizität K_s ist, überein, so kann eine Verstellung der Schmalseitenkonizität über die Regelstrecke unterbleiben. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn bei der Verstellung der Schmalseitenplatten üblicherweise auch eine Betätigung des Klemmmechanismus für die Breitseitenplatten erfolgen muss, die in diesem Fall unterbleiben kann. Ein derartiger Regelzyklus kann daher entsprechend schnell, d.h. innerhalb weniger Millisekunden oder schmeller, durchlaufen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lautet eine Regelvorschrift des Reglers

Pdif' wobei eine aus einer Regelabweichung P_dlf des Regelkreises abgeleitete Größe,

eine von der Regelvorschrift des Regelkreises ermittelte Größe zur Ermittlung der Stellgröße K_s und

ein Proportionalitätsfaktor mit einem Wertebereich von 0.001 bis 0.1, bevorzugt von 0.005 bis 0.02 sind .

Die Regelvorschrift beschreibt dabei das Verhalten des Regel^¬ kreises in Abhängigkeit von der Regelabweichung und dient zur Ermittlung der Ausgangsgröße; die Bedeutung und Rolle der Re^¬ gelvorschrift sind dabei im Kontext eines klassischen Regel^¬ kreises zu verstehen und somit dem Fachmann hinreichend be^¬ kannt . Durch diese Regelvorschrift können Regelabweichungen in sehr einfacher Weise parametriert werden: wenn der Proportionali^¬ tätsfaktor k einen Wert kleiner 1 besitzt, so bewirkt dies, dass die ermittelte Regelabweichung abgeschwächt in die Kor^¬ rektur der Ausgangsgröße der Regelvorschrift einfließt, wäh^¬ rend bei Werten größer 1 die Regelabweichung verstärkt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge- mäßen Verfahrens erfolgt eine erste Filterung der Regelabwei^¬ chung P_dlf des Regelkreises mittels eines zeitbezogenen Fil^¬ ters Φ_τ gemäß

Pdif' = Φτ (Pdi_f; {Pdif }_τ) , wobei

{P_di_f}x eine Menge von über eine Zeitspanne τ zurück^¬ reichenden, gespeicherten Werten der Regelab- weichung P_dlf aus vorangegangenen Zyklen des

Regelkreises und

P_di_f' eine vom zeitbezogenen Filter Φ_Τ ermittelte

Eingangsgröße für die Regelvorschrift des Re^¬ gelkreises sind .

Diese Filterung kann beispielsweise in einer einfachen Mittelwertbildung aller verwendeten Werte der Regelabweichung bestehen. Es ist aber auch denkbar, aktuellere Werte stärker zu gewichten als länger zurückliegende Werte. So werden bei^¬ spielsweise bevorzugt über eine Zeitspanne τ = 5-10 Sekunden die historischen Werte der Regelabweichung mit berücksichtigt .

Durch diese zeitliche Filterung der Regelabweichung werden hochfrequente Fluktuationen des Messsignals, die beispiels^¬ weise durch fehlerhafte Messungen hervorgerufen werden kön- nen, unterdrückt. Dies verhindert ein fehlerhaftes Verstellen der Schmalseitenplatten aufgrund falscher Messwerte oder aufgrund hochfrequenter Störeinflüsse und trägt zur Stabilisie^¬ rung des Stranggussprozesses bei.

In dem Fall, dass eine Verstellung der Schmalseitenkonizität ausgelöst wird, kann diese rasch durchgeführt werden, da we^¬ gen der ersten Filterung, die große Schwankungen der Regelabweichung ausfiltert, zumeist nur kleine Änderungen der Stell- große durchzuführen sind. So verursacht beispielsweise eine Änderung von 0.1% der Schmalseitenkonizität bei einer Gieß^¬ breite von 2000mm bei einer üblichen Stranggusskokille, deren Gießspiegelhöhe typischerweise kleiner als 1000mm ist, ledig^¬ lich eine Verstellung von weniger als 2mm im Bereich der ein- gießseitigen Aktoren. Der gesamte Vorgang einer derartigen Verstellung, umfassend das Lösen der Klemmung der Breitseitenplatten, das Verfahren der Schmalseitenplatten mittels der Aktoren und das erneute Klemmen der Breitseitenplatten, kann daher üblicherweise innerhalb einer Sekunde oder noch rascher durchgeführt werden, sodass eine sehr schneller Regelvorgang gegeben ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine zweite Filterung der Ausgangs- große K_s' der Regelvorschrift mittels eines Sättigungsfilters

Os gemäß

S (K_s , K_Sfmi_n, K_Sfmax) , wobei

K ' ' eine mittels des Sättigungsfilter Os abgelei^¬ teter Wert zur Ermittlung der Stellgröße K_s, ein unterer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität K_s und

K ein oberer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität K_s sind . Durch den Sättigungsfilter Os wird sichergestellt, dass die vom Regelkreis geregelte Schmalseitenkonizität K_s innerhalb des durch die Grenzwerte K_s,_min und K_s,_max festgelegten erlaubten Bereiches, z.B. innerhalb von 1.1 bis 1.2, verbleibt. Da- bei sind die Grenzwerte K_s,_min und K_s,_max Parameter des Regel^¬ verfahrens, die üblicherweise fest voreingestellt sind, die aber auch während des Gießvorganges geändert werden können. So können die Grenzwerte K_s,_min und K_s,_max beispielsweise beim Wechsel zwischen zwei Metallchargen durch einen Bediener oder durch ein Leitsystem umgestellt werden, wenn eine geänderte Zusammensetzung der Metallschmelze dies erfordert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmalseitenkonizität K_s durch eine dritte Filterung eines aus der Ausgangsgröße K_s' der Regel^¬ vorschrift abgeleiteten Wertes K_s' ' mittels eines Hysterese^¬ filters Φ_Η gemäß

K_s = Φ_Η( |K_S" - I_s| ; λ) , ermittelt, wobei | | die Bildung des numerischen Absolutwerts und λ den Schwellwert des Hysteresefilters bezeichnen und der abgeleitete Wert K_s' ' einer der dritten Filterung vorangegangenen signaltechnischen Behandlung der Ausgangsgröße K_s' der Regelvorschrift entspricht.

Entsprechend einem Zweipunktregler wird die Stellgröße des Regelkreises nur dann verändert, wenn sich der im aktuellen Zyklus des Regelkreises ermittelte Wert K_s vom momentanen Istwert I_s der Schmalseitenkonizität betragsmäßig um mindes^¬ tens den Wert λ unterscheidet. Dies bewirkt, dass ein Ver^¬ stellen der Aktoren der Schmalseitenplatten nur dann durchgeführt wird, wenn sich der neu errechnete Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität vom bestehenden Wert z.B. um mehr als 0.05 unterscheidet, sodass beispielsweise bei lediglich ge^¬ ringfügigen Schwankungen der Produktionsbedingungen, die auf die Qualität des produzierten Metallstranges keine Auswirkung haben, die Schmalseitenplatten nicht unnötig verstellt und insbesondere die Klemmung der Breitseitenplatten nicht gelöst werden muss, was zu einer gleichbleibenden Stabilität des Stranggussprozesses und zur Schnelligkeit des Regelverfahrens beiträgt . Ferner betrifft die Erfindung eine

Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität K_s einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges, insbesondere zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren, wobei die Stranggusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte umfasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Aktoren zum Positionieren der jewei^¬ ligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der der Stranggusskokille angeordnet sind und wobei die Vorrichtung eine Regeleinheit und Einrich^¬ tungen zur Erfassung der während des Betriebs der Stranggusskokille in Wirkrichtung jedes Aktors auftretenden Kräfte verfügt , dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit für einen Regelkreis eingerichtet ist, wobei der Regelkreis - einen Referenzdruck P_ref als Führungsgröße,

- eine mittlere Flächenpressung P_med zwischen den Schmalseitenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung P_med aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelbar ist,

- einen Regler, durch den in Abhängigkeit von einer Regelabweichung P_dlf = P_ref - P_med als Eingangsgröße die Schmalsei^¬ tenkonizität K_s als Stellgröße des Regelkreises ermittelbar ist, und

- eine Regelstrecke, über die mittels der Aktoren die Positi- on der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität K_s einstellbar ist, aufweist . Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille korrespondieren im Wesentlichen mit denen des erfindungsgemäßen Verfahrens .

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der Aktoren ein hydraulisch bewegter Aktor.

Derartige Aktoren können sehr rasch verfahren werden, da kein Getriebe benötigt wird und sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der hydraulisch bewegten Aktoren ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder.

Doppeltwirkende Hydraulikzylinder bieten den Vorteil, dass die vom jeweiligen Aktor aufgebrachte Kraft sehr einfach durch zwei Drucksensoren pro Aktor bestimmt werden kann, da die Kraft durch den Differenzdruck zwischen den beiden Kammern und die Querschnittsfläche des Kolbens des doppeltwir^¬ kenden Hydraulikzylinders bestimmt ist. Daher ist auch eine Nachrüstung einer bestehenden Stranggusskokille, die bereits über derartige Hydraulikzylinder zur Verstellung der Schmalseitenplatten verfügt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, da lediglich Sensoren zur Erfassung der entsprechenden Drücke sowie der Verfahrpositionen der entsprechenden Aktoren installiert werden müssen.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt zumindest einer der Aktoren einen elektri- sehen Drehantrieb.

Derartige Aktoren erlauben eine einfache Ermittlung der Aktorposition anhand der Stellung der Antriebsachse des elektrisch betriebenen Motors oder einer Achse des Getriebes, das üblicherweise zwischen dem Motor und dem linear bewegten Angriffspunkt des betreffenden Aktors zum Einsatz kommt. Die an den Angriffspunkten der Aktoren auftreten Kräfte können z.B. über Dehnungsmessstreifen erfasst werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge- mäßen Vorrichtung ist zumindest einer der elektrisch ange- triebenen Aktoren ein Linearmotor.

Linearmotoren benotigen kein Getriebe und weisen daher kein mechanisches Spiel auf. Weiters bieten sie den Vorteil, dass aus der Kraft-Geschwindigkeitskennlinie bzw. aus der Kraft- Strom-Kennlinie die auftretende Kraft ohne weitere Krafts^¬ ensoren direkt bestimmt werden kann.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbei- spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen eine perspektivische Darstellung einer Stranggusskokille, einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Breitenrichtung, einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Dickenrichtung, schematisch die in Breitenrichtung der Kokille auf tretenden Kräfte, den Signalfluss einer Schmalseitenplatte eines er^¬ findungsgemäßen Regelkreises und

FIG 4 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen

Regelkreises einer Schmalseitenplatte mit zwei Ak- toren .

FIG la zeigt in Schrägansicht die Anordnung der Breitseiten^¬ platten 2, 2' sowie der ersten und der zweiten Schmalseiten- platte 4 und 4' einer Stranggusskokille 1, wobei die beiden Schmalseitenplatten 4, 4' entlang der Innenflächen der Breitseitenplatten 2, 2' verschiebbar angeordnet sind. Die Backupplatten der einzelnen Kokillenplatten und die Aktoren für die Verstellung der Schmalseitenplatten sind in dieser An- sieht nicht dargestellt.

Weiters sind in FIG la die Richtungsvektoren der Dickenrichtung D, der Breitenrichtung B und der Gießrichtung G in ihrer räumlichen Lage in Bezug auf die Stranggusskokille 1 darge- stellt, wobei die Vektoren D, B und G ein orthogonales, rechtshändiges Koordinatensystem bilden.

Am eingießseitigen Ende 3 wird flüssige Metallschmelze unter Beigabe von Gießpulver in den Innenraum der Stranggusskokille 1 eingebracht, wo die Metallschmelze in Gießrichtung G wei^¬ tertransportiert und am austrittseitigen Ende 3' in Form ei^¬ nes teilerstarrten Metallstranges 5 aus der Kokille 1 ausge^¬ zogen wird. Der Metallstrang 5 weist dabei bezogen auf die Normalebene zur Gießrichtung G einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen kurze Seite in Dickenrichtung D und dessen lange Seite in Breitenrichtung B orientiert ist .

FIG lb zeigt einen Schnitt durch die Stranggusskokille 1 aus FIG la normal zur Breitenrichtung B, worin die relativ zur Gießrichtung G geneigten Breitseitenplatten 2, 2' mit den daran befestigten Backupplatten 7, 7' sowie die Trapezform der zweiten Schmalseitenplatte 4' erkennbar sind.

Der Abstand f der Innenflächen der Breitseitenplatten 2, 2' am eingießseitigen Ende 3 ist größer als der entsprechende Abstand d am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei d auch als Gießdicke bezeichnet wird, da der gegos^¬ sene Metallstrang 5 (in FIG lb nicht dargestellt) mit dieser Dicke aus dem von der Stranggusskokille 1 umschlossenen In- nenraum austritt .

In FIG lc ist ein Schnitt durch die Stranggusskokille 1 aus FIG la normal zur Dickenrichtung D dargestellt . Erkennbar sind die relativ zur Gießrichtung G geneigten Schmalseitenplatten 4, 4' mit den daran befestigten Backupplatten 6, 6', zudem ist die rechteckige Form der Breitseitenplatte 2 er^¬ kennbar, entlang deren Innenseite die Schmalseitenplatten 4, 4' verschiebbar sind.

Der Abstand e der Innenflächen der Schmalseitenplatten 4, 4' am eingießseitigen Ende 3 ist wiederum größer als der entsprechende Abstand b am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei b als Gießbreite bezeichnet wird.

An den Außenseiten der Schmalseitenplatten 4, 4' greift jeweils ein oberer Aktor Αι , ι bzw. A₂ , i nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 und jeweils ein unterer Aktor Ai,2 bzw. A₂,2 nahe dem austrittseitigen Ende 3' der Strang- gusskokille 1 an. Mittels der in Breitenrichtung B wirkenden Aktoren Αι, ι bzw. Ai , ₂ kann die ersten Schmalseitenplatte 4 hinsichtlich ihrer Neigung zur Gießrichtung G und ihrer Position in Breitenrichtung B verfahren bzw. in einer bestimmten Position gehalten werden, wobei am oberen Aktor Ai, ₂ die Kraft F i , i und am unteren Aktor Ai, ₂ die Kraft F i, ₂ entlang der Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt. Dementsprechend werden mittels der Aktoren A₂ , i bzw. A_2;2 die Neigung und die Position der zweiten Schmalseitenplatte 4' eingestellt bzw. beibehalten, wobei am oberen Aktor A₂ , i die Kraft F₂ , i und am unteren Aktor A_2;2 die Kraft F_2;2 in Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt.

Mit den oben genannten Definitionen und den in FIG lb und FIG lc dargestellten Abständen errechnet sich die Breit seitenkon- izität K_b sowie die Schmalseitenkonizität K_s als dimensions^¬ lose Größe, jeweils in Prozent, im gegenständlichen Beispiel zu

K_b = (f - d) x 100 / H K_s = (e - b) x l00 / b

Es sind jedoch auch andere Berechnungsvorschriften für die Konizitäten denkbar, beispielsweise kann die Schmalseitenkonizität K_s auch auf die Kokillenhöhe H bezogen werden.

FIG 2 zeigt einen Schnitt normal zur Dickenrichtung D durch eine Stranggusskokille 1, deren erste und zweite Schmalsei- tenplatte 4 und 4' mit jeweils zwei Aktoren (Αι,ι, Ai,₂) bzw. (A₂,i, A₂,₂) verfahren werden, wobei jedoch die Neigung der Schmalseitenplatten 4 und 4' nicht dargestellt ist. Entlang der Innenfläche der ersten Schmalseitenplatte 4 ist der in Gießrichtung G linear ansteigende Verlauf des ferrostatischen Drucks P_fer der Metallschmelze 10 schematisch dargestellt, während entlang der Innenfläche der zweiten Schmalseitenplat^¬ te 4' die in Gießrichtung G anwachsende Strangschale 13 er^¬ kennbar ist. Weiters bezeichnet die Mittenlinie M die Symmet^¬ rielinie des Metallstranges 5 in Bezug auf die Breitenrich- tung B der Stranggusskokille 1.

Nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 wird die Oberfläche der eingegossenen Metallschmelze 10 auch als Gießspiegel 12 bezeichnet, der sich in einem Abstand h - der sogenannten Gießspiegelhöhe - über dem austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 befindet. Am austrittseitigen Ende 3' wird der teilerstarrte Metallstrang 5 aus der Stranggusskokille 1 ausgezogen, wobei die bereits gebildete Strang^¬ schale 13 in Breitenrichtung B durch seitliche Strangfüh- rungsrollen 14 und 14' gestützt wird.

Mit Fi,i und F₂,i sind wie in FIG lc die Kräfte der oberen Ak^¬ toren Αι,ι und A₂,i (in FIG 2 nicht dargestellt) bezeichnet, die nahe dem eingießseitigen Ende 3 auf die jeweilige Schmal- seitenplatte 4 bzw. 4' übertragen werden. Entsprechend symbo^¬ lisieren Fi, ₂ bzw. F₂,₂ die Kräfte der austrittseitigen Aktoren Ai,2 bzw. A₂,₂.

In FIG 3 ist in einem Schnitt normal zur Dickenrichtung D ei- ne Hälfte einer erfindungsgemäßen Stranggusskokille 1 bis zur Mittellinie M sowie die steuerungstechnische Anbindung an ei^¬ ne Regeleinheit 8 dargestellt, wobei die erste Schmalseiten^¬ platte 4 mit Hilfe von zwei Aktoren Αι , ι und A_ir2 bewegt werden kann. Die andere Hälfte der Stranggusskokille 1 , die die zweite Schmalseitenplatte 4 ' sowie entsprechende Aktoren A₂ , i und A₂,2 umfasst, ist sinngemäß entsprechend der dargestellten ersten Hälfte an die Regeleinheit 8 angebunden, jedoch in FIG 3 nicht dargestellt. Zudem sind im konkreten Beispiel die Ak- toren Αι , ι und A_ir2 als doppeltwirkende Hydraulikzylinder aus^¬ geführt .

Die flüssige Metallschmelze 10 , die während des Stranggießens nahe dem oberen, eingießseitigen Ende 3 in die Stranggussko- kille 1 eingebracht wird, bildet mit ihrer Oberfläche den

Gießspiegel 12 in einem Abstand entsprechend der Gießspiegel^¬ höhe h über dem unteren, austrittseitigen Ende 3 ' der Stranggusskokille 1 aus. In Gießrichtung G unterhalb der ersten Schmalseitenplatte 4 wird die erstarrte Strangschale 13 von seitlichen Strangführungsrollen 14 gestützt.

Der Aktor Αι , ι greift nahe dem oberen, gießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 an der ersten Schmalseitenplatte 4 an und kann diese an diesem Angriffspunkt in Breitenrichtung B ver- schieben; analog dazu kann die erste Schmalseitenplatte 4 vom Aktor A\ _r 2 , der in der Nähe des unteren, austrittseitigen En^¬ des 3 ' an der ersten Schmalseitenplatte 4 angreift, ebenfalls in Breitenrichtung B bewegt werden. Zur Erfassung der augenblicklichen Lage der ersten Schmalseitenplatte 4 werden von den Aktoren Αι , ι und A_ir2 die jeweiligen Positionswerte Χι, ι und Xi,2 an die Regeleinheit 8 übermittelt, die von entsprechenden Positionssensoren 1 6 des jeweiligen Aktors ermittelt werden. Zudem werden die Drücke der beiden Kammern jedes doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mittels entsprechender Drucksensoren 11 erfasst und an die Regeleinheit 8 übermittelt. Aus der Differenz dieser Drücke lassen sich die Kräfte F i, i und Έ _ι2, mit denen die Aktoren Αι, ι und Ai,2 auf die erste Schmalseitenplatte 4 einwirken, ermitteln. Weiters werden die Aktoren Αι , ι und Ai , ₂ von hydraulischen Antriebseinheiten 9 mit entsprechen Mengen an Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, sodass die Kolben der Aktoren entsprechend den von der Regeleinheit 8 ermittelten Sollpositionen Υχ , χ und Υχ , ₂ bewegt werden. Die hydraulischen Antriebseinheiten 9 kön^¬ nen beispielsweise Hydraulikpumpen oder Hydraulikventile sein, die das jeweils benötigte Volumen an Hydraulikflüssig^¬ keit zur Verfügung stellen. Für die in FIG 3 nicht dargestellte zweite Schmalseitenplatte 4 ' gelten die Ausführungen sinngemäß in Bezug auf die Istpositionen X₂ , x und X₂ , ₂ und die Kräfte F₂, x und F₂,2 der Aktoren A₂ , x und A_2;2 sowie für die von der Regeleinheit 8 vorgegebenen Sollpositionen Y_{2 ; 1} und Y₂, ₂ .

FIG 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises 15 zur Einstellung der Schmalseitenkonizität K_s entsprechend dem er^¬ findungsgemäßen Verfahren, wobei der Regelkreis 15 neben der eigentlichen Regelvorschrift 25 eine erste, zeitliche Filte^¬ rung 22 der Regelabweichung P_dif, sowie eine zweite Filterung 23 in Bezug auf die zulässigen Maximalwerte und eine dritte Filterung 24 hinsichtlich eines erwünschten Hystereseverhaltens von K_s umfasst.

Ein Zyklus des Regelkreises 15 läuft für eine Stranggussko^¬ kille 1 , umfassend eine erste und eine zweite Schmalseiten- platte 4 und 4 ' , folgendermaßen ab:

- Die von den Aktoren A_1;1 an die erste Schmalseitenplatte 4 übertragenen Kräfte F i _{; 1} und die von den Aktoren A₂, _j an die zweite Schmalseitenplatte 4 ' übertragenen Kräfte F₂, _j werden in einem Messglied 2 6 erfasst, woraus zusammen mit den Wer^¬ ten der Gießspiegelhöhe h und der Gießdicke d die Regelgrö^¬ ße des Regelkreises 15 in Form einer mittlere Flächenpres^¬ sung P_med (mit Druck als physikalischer Einheit) ermittelt wird. Die Indizes i bzw. j umfassen dabei den Wertebereich { 1 , ... Nl} bzw. { 1 , ... N2 } , wobei Nl bzw. N2 die Anzahl der

Aktoren an der ersten bzw. zweiten Schmalseitenplatte 4 bzw. 4 ' bezeichnen.

- Als Führungsgröße des Regelkreises 15 wird ein Referenz- druck P_ref aus der Dichte der flüssigen Metallschmelze Pi_iq, der Gießspiegelhöhe h und einem dimensionslosen Korrek^¬ turfaktor S herangezogen. Dabei können die Werte von h, p_liq und S für jede gegossenen Charge entweder fest vorgegeben werden oder auch während des Gießvorganges geändert werden.

Insbesondere kann die aktuelle Gießspiegelhöhe h messtech^¬ nisch erfasst und der erhaltene Momentanwert dem Regelkreis 15 übermittelt werden. - Es wird der aktuelle Wert der Regelabweichung P_dlf des Re^¬ gelkreises 15 gemäß

Pdif Pref ^— Pmed bestimmt und in einer Regeleinheit 8 (in FIG 4 nicht darge^¬ stellt) gespeichert und dem Regler 21 des Regelkreises 15 zugeleitet, wobei der Regler 21 neben der eigentlichen Re^¬ gelvorschrift 25 im vorliegenden Beispiel eine erste, zwei^¬ te und dritte Filterung 22, 23 und 24 beinhaltet.

- Im nächsten Schritt wird aus dem aktuellen Wert von P_dlf zu^¬ sammen mit gespeicherten Werten der Regelabweichung aus früheren Durchläufen durch den Regelkreis 15 mittels einer ersten Filterung 22, die einen zeitbezogenen Filter Φ_τ ver- wendet, der eine zurückliegende Zeitspanne τ umspannt, ein gefilterter Wert P_dif' aus der Regelabweichung bestimmt, wo^¬ bei der Filter Φ_Τ dazu dient, kurzzeitige Abweichungen und hochfrequente Störeinflüsse auszufiltern und so einen zeit^¬ lich geglätteten Wert der Regelabweichung zu ermitteln.

- In der Regelvorschrift 25 des Regelkreises werden die Ist^¬ werte der Positionen Xi_;1 der Aktoren Ai,± der ersten Schmal^¬ seitenplatte 4 und die Istwerte der Positionen X₂,_j der Ak^¬ toren A₂,_j der zweiten Schmalseitenplatte 4' mit Hilfe von Positionssensoren 16 (in FIG 4 nicht dargestellt) erfasst und daraus entsprechend den geometrischen Verhältnissen der Stranggusskokille 1 ein Istwert I_s für die Schmalseitenkon^¬ izität der Stranggusskokille 1 bestimmt. Aus dem Istwert I_s und aus dem zeitlich gefilterten Wert P_dif' wird eine Aus- gangsgröße K_s' der Regelvorschrift 25 derart bestimmt, dass über die Wirkung der Aktoren Ai _{; 1} bzw. A₂ , _j in der Regelstrecke 20 der Regelabweichung P_dlf entgegengewirkt wird.

Anschließend wird in einer zweiten Filterung 23 mittels ei^¬ nes Sättigungs filters Φ₃, der die erlaubte Untergrenze K_s,_min bzw. Obergrenze K_s,_max als Parameter für die Schmalsei^¬ tenkonizität K_s beinhaltet, aus der Ausgangsgröße K_s' der Regelvorschrift 25 ein abgeleiteter Wert K_s' ' bestimmt.

Dadurch wird verhindert, dass die Schmalseitenkonizität K_s die vorgegebenen Grenzwerte bei großer oder permanent an^¬ dauernder Regelabweichung P_dlf über- oder unterschreitet, was insbesondere bei einer Proportionalregelung in der Regelvorschrift 25 bewirkt würde.

Danach wird in einer dritten Filterung 24 mittels eines Hysteresefilters Φ_Η aus dem abgeleiteten Wert K_s' ' der neu einzustellende Wert für die Schmalseitenkonizität K_s be^¬ stimmt, der gleichzeitig die Stellgröße des Regelkreises 15 darstellt. Der Hysteresefilter Φ_Η beinhaltet dabei einen Parameter λ, der den Schwellwert des Hysteresefilters be^¬ schreibt. Dieser Parameter legt die minimale Differenz zwischen der Stellgröße K_s und dem zugehörigen Istwert I_s fest, ab der eine Verstellung der Schmalseitenplatten 4 bzw. 4' tatsächlich durchgeführt wird. Differenzen unterhalb des Schwellwertes λ werden vom Hysteresefilter Φ_Η un^¬ terdrückt, indem die Stellgröße K_s dem Istwert I_s gleichge^¬ setzt wird.

In der Regelstrecke 20 des Regelkreises 15 werden aus dem neuen Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität K_s und aus der Gießbreite b die entsprechenden Sollpositionen Yi _{; 1} bzw. Y₂,₃ der Aktoren Ai _{; 1} bzw. A₂, _j der ersten bzw. zweiten

Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' ermittelt und eine Verstellung der Schmalseitenplatten durch entsprechende Anstellung der Aktoren veranlasst, wobei die Verstellung nur dann durchge^¬ führt wird, wenn sich die Stellgröße K_s und der zugehörige Istwert I_s unterscheiden. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs^¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Stranggusskokille

2, 2' Breitseitenplatte

3 eingießseitiges Ende

3' austrittseitiges Ende

4 erste Schmalseitenplatte

4' zweite Schmalseitenplatte

5 Metallstrang

6, 6' Backupplatte Schmalseite

7, 7' Backupplatte Breitseite

8 Regeleinheit

9 hydraulische Antriebseinheit

10 Metallschmelze

11 Drucksensor, Einrichtung zur Krafterfassung

12 Gießspiegel

13 Strangschale

14, 14' Strangführungsrollen

15 Regelkreis

16 Positionssensor

20 Regelstrecke

21 Regler

22 erste Filterung

23 zweite Filterung

24 dritte Filterung

25 Regelvorschrift

26 Messglied

Αι,ι Aktor i der ersten Schmalseitenplatte

A₂,_j Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte

Αι,ι eingießseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplatte

Ai,2 austrittseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplat^¬ te

A₂,i eingießseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplatte

A₂,2 austrittseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplatte

b Gießbreite

B Breitenrichtung

d Gießdicke D Dickenrichtung

e eingießseitiger Abstand der Schmalseitenplatten f eingießseitiger Abstand der Breitseitenplatten

Fi,i Kraft an Aktor i der ersten Schmalseitenplatte F₂,_j Kraft an Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte

Fi,i Kraft am eingießseitigen Aktor der ersten Schmal^¬ seitenplatte

Fi, 2 Kraft am austrittseitigen Aktor der ersten Schmal^¬ seitenplatte

F₂,i Kraft am eingießseitigen Aktor der zweiten Schmal^¬ seitenplatte

F₂,2 Kraft am austrittseitigen Aktor der zweiten Schmal^¬ seitenplatte

Φ_Η Hysteresefilter

Φ₃ Sättigungsfilter

Φ_τ zeitbezogener Filter

G Gießrichtung

h Gießspiegelhöhe

H Kokillenhöhe

i Index bezüglich erster Schmalseitenplatte

I_s Istwert der Schmalseitenkonizität

j Index bezüglich zweiter Schmalseitenplatte

K_s Schmalseitenkonizität, Stellgröße

K_s' Ausgangsgröße der Regelvorschrift

K_s' ' abgeleiteter Wert

K_s,_min unterer Grenzwert für Schmalseitenkonizität

K_s,_max oberer Grenzwert für Schmalseitenkonizität

λ Schwellwert

M Mittenlinie

Nl Anzahl der Aktoren der ersten Schmalseitenplatte

N2 Anzahl der Aktoren der zweiten Schmalseitenplatte

P_di_f Regelabweichung

P_di_f' gefilterter Wert der Regelabweichung, Eingangsgröße der Regelvorschrift

P_med mittlere Flächenpressung, Regelgröße

P_ref Referenzdruck, Führungsgröße

Pii_q Dichte der flüssigen Metallschmelze

S dimensionsloser Korrektur faktor

τ Zeitspanne Istposition des Aktors i der ersten Schmalseitenplatte

Istposition des Aktors j der zweiten Schmalseitenplatte

Istposition des eingießseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte

>^■!, 2 Istposition des austrittseitigen Aktors der ersten

Schmalseitenplatte

2, 1 Istposition des eingießseitigen Aktors der zweiten

Schmalseitenplatte

Istposition des austrittseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte

Sollposition des Aktors i der ersten Schmalseitenplatte

Sollposition des Aktors j der zweiten Schmalseitenplatte

Sollposition des eingießseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte

Sollposition des austrittseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte

Sollposition des eingießseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte

Sollposition des austrittseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität (K_s) einer Stranggusskokille (1) für die Produktion eines Metall- Stranges (5) mit Hilfe zumindest eines Regelkreises (15), die Stranggusskokille (1) umfassend eine erste Schmalseitenplatte (4) und eine zweite Schmalseitenplatte (4')

- wobei an der ersten Schmalseitenplatte (4) eine Mehrzahl (Nl) positionsgeregelter Aktoren (Ai_;1) mit ie{l,...,Nl} zum

Positionieren der ersten Schmalseitenplatte (4) und an der zweiten Schmalseitenplatte (4') eine Mehrzahl (N2) positi^¬ onsgeregelter Aktoren (A₂,_j) mit je{l,...,N2} zum Positionie^¬ ren der zweiten Schmalseitenplatte (4') in jeweils unter- schiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende (3) der

Stranggusskokille (1) angeordnet sind, und

- wobei in Wirkrichtung jedes Aktors (Ai_;1, A₂,_j) während des Betriebs der Stranggusskokille (1) entsprechende Kräfte (Fi,i, F₂,_j) mit ie { 1, Nl } und j e { 1 , ..., N2 } auftreten, dadurch gekennzeichnet , dass bei einem Zyklusdurchlauf durch den zumindest einen Regelkreis (15)

- ein Referenzdruck (P_ref) als Führungsgröße und

- eine mittlere Flächenpressung (P_med) zwischen den Schmalsei^¬ tenplatten (4, 4') und dem Metallstrang (5) als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung (P_med) aus den Kräften (Fi,i, F₂,_j) ermittelt wird, herangezogen werden und dass

- ein Regler (21) in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Pdif) = (Pref) ^~ (Pmed) als Eingangsgröße die Schmalseitenko^¬ nizität (K_s) als Stellgröße des Regelkreises (15) ermittelt und dass

- über eine Regelstrecke (20) mittels der Aktoren (Ai_;1, A_2;]) die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') entsprechend der Schmalseitenkonizität (K_s) eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Referenzdruck (P_ref) eine Funktion der Dichte (pn_q) der flüssigen Metallschmelze (10), einer Gießspiegelhöhe (h) und eines dimensionslosen Korrektur faktors (S) ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mittlere Flächenpressung (P_med) durch den Ausdruck

Nl N2

P_med = [ (Fi,i)+ (F₂,j)]/(2 · h · d)

=1 j=l mit einer Gießspiegelhöhe (h) und einer Gießdicke (d) der Stranggusskokille (1) bestimmt ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung einer gemeinsamen Schmalseitenkonizität (K_s) für die erste und die zweite Schmalseitenplatte (4, 4') sym^¬ metrisch in Bezug auf die Gießrichtung (G) der Stranggussko- kille (1) unter Vorgabe der räumlichen Lage der Mittenlinie (M) des Metallstranges (5) in Bezug auf die Breitseitenplat^¬ ten (2, 2^λ) sowie der Gießbreite (b) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Regler (21) eine Regelvorschrift (25) mit einer von der

Regelabweichung (P_di_f) abgeleiteten Eingangsgröße (P_di_f' ) und einer Ausgangsgröße (K_s' ) umfasst und wobei

- in jedem Zyklus des Regelkreises (15) die Istpositionen (Xi_rl, 2, ) der Aktoren (Ai_;1, A₂,_j) zumindest einer der ers^¬ ten oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') erfasst werden,

- daraus ein Istwert (I_s) der Schmalseitenkonizität (K_s) ab^¬ geleitet wird und

- in einer Regelstrecke (20) des Regelkreises (15), die die Wirkung der Schmalseitenkonizität (K_s) auf die mittlere Flächenpressung (P_med) abbildet, die Schmalseitenkonizität (K_s) durch Vorgabe von entsprechenden Sollpositionen (Yi,±, Y2, ) für die Aktoren (Ai_;1, A₂,_j) zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4' ) nur dann neu eingestellt wird, wenn eine Differenz zum ermittelten Ist^¬ wert (l_s) besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Regelvorschrift (25) K_s' = I_s - k ^• P_di_f' lautet, wobei k ein Proportionali^¬ tätsfaktor mit einem Wertebereich von 0.001 bis 0.1 ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem aus der Regelabweichung (P_di_f) durch eine erste Filterung (22) mittels eines zeitbezogenen Filters (Φ_τ) die Eingangsgröße (P_di_f' ) der Regelvorschrift (25) gemäß p_dif' = Φ_τ (Pdi_f; {Pdif }_τ) , bestimmt wird, wobei {P_di_fJx eine Menge aus über eine Zeit^¬ spanne τ zurückreichenden, gespeicherten Werten der Regelab^¬ weichung (P_di_f) aus vorangegangenen Zyklen des Regelkreises (15) ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem aus der Ausgangsgröße ( K_s ' ) der Regelvorschrift (25) durch eine zweite Filterung (23) mittels eines Sättigungs filters (CDs) ein abgeleiteter Wert ( K_s ' ' ) gemäß

Ks CDs ( K_s , K_s,minA K_s , max ) r bestimmt wird, wobei K_s,_min ein unterer Grenzwert und K_s , _max ein oberer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität (K_s) sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem durch eine dritte Filterung (24) eines aus der Ausgangsgröße ( K_s ' ) der Regelvorschrift (25) abgeleiteten Wertes ( K_s ' ' ) mittels eines Hysteresefilters (Φ_Η) die Schmalseitenkonizität (K_s) gemäß

K_S = Φ_Η( IK_S" - I s l ; λ) , bestimmt wird, wobei | | die Bildung des numerischen Absolut^¬ wertes und λ den Schwellwert des Hysteresefilters (Φ_Η) be^¬ zeichnen .

10. Vorrichtung zur Einstellung zumindest einer Schmalseitenkonizität (K_s) einer Stranggusskokille (1) für die Produktion eines Metallstranges (5), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, wobei die Strang- gusskokille (1) eine erste Schmalseitenplatte (4) und eine zweite Schmalseitenplatte (4') umfasst,

- wobei an der ersten Schmalseitenplatte (4) eine Mehrzahl (Nl) positionsgeregelter Aktoren (Ai_;1) mit ie{l,...,Nl} zum Positionieren der ersten Schmalseitenplatte (4) und an der zweiten Schmalseitenplatte (4') eine Mehrzahl (N2) positi^¬ onsgeregelter Aktoren (A₂,₃) mit je{l,...,N2} zum Positionieren der zweiten Schmalseitenplatte (4') in jeweils unter^¬ schiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende (3) der Stranggusskokille (1) angeordnet sind, und

- wobei die Vorrichtung über eine Regeleinheit (8) und Ein^¬ richtungen (11) zur Erfassung der während des Betriebs der Stranggusskokille (1) in Wirkrichtung der jeweiligen Aktoren (Αι,ι, A₂,_j) auftretenden Kräfte (Fi,i, F₂,_j) mit

ie { 1, Nl } und j e { 1 , ..., N2 } verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (8) für zumindest einen Regelkreis (15) ein^¬ gerichtet ist, wobei der Regelkreis (15)

- einen Referenzdruck (P_ref) als Führungsgröße,

- eine mittlere Flächenpressung (P_med) zwischen den Schmalsei^¬ tenplatten (4, 4') und dem Metallstrang (5) als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung (P_med) aus den Kräften (Fi_fl, F₂,_j) ermittelbar ist,

- einen Regler (21), durch den in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Pdif) = (Pref) ^~ (Pmed) als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität (K_s) als Stellgröße des Regelkreises (15) ermittelbar ist, und - eine Regelstrecke (20), über die mittels der Aktoren (Ai_;1, A₂,_j) die Position der ersten und/oder der zweiten Schmal^¬ seitenplatte (4, 4') entsprechend der Schmalseitenkonizität (K_s) einstellbar ist, aufweist .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der zumindest einer der Aktoren (Ai_;1, A₂,_j) ein hydraulisch bewegter Aktor ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der zumindest einer der hydraulisch bewegten Aktoren (Ai_;1, A₂,_j) ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder ist .

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der zumindest einer der Aktoren (Ai,±, A₂,j) einen elektrischen Drehantrieb besitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei zumindest einer der elektrisch angetriebenen Aktoren (Ai_;1, A_2;]) ein Linearmotor ist.