EP4140616A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln einer stranggiessanlage - Google Patents

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EP4140616A1
EP4140616A1 EP21192957.5A EP21192957A EP4140616A1 EP 4140616 A1 EP4140616 A1 EP 4140616A1 EP 21192957 A EP21192957 A EP 21192957A EP 4140616 A1 EP4140616 A1 EP 4140616A1
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EP
European Patent Office
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mold
roller
fluctuations
rollers
strand
Prior art date
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Pending
Application number
EP21192957.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Wieser
Veit Humer
Josef Watzinger
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.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
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Priority to PCT/EP2022/073152 priority patent/WO2023025669A1/de
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Priority to CN202280057896.XA priority patent/CN117858775A/zh
Priority to KR1020247008365A priority patent/KR20240055000A/ko
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Pending legal-status Critical Current

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    • B22D11/208—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock for aligning the guide rolls

Definitions

  • the invention also includes a corresponding device.
  • the method can be used in continuous casting.
  • the process can be used advantageously in all continuous casting processes with high casting speeds, because here a highly dynamic regulation/control of the liquid level is increasingly necessary.
  • continuous casting includes the casting of slabs and strips, in particular thin slab casting, such as thin slab casting in a direct connection, ie in connection with a continuous casting plant and a hot rolling plant.
  • the strand pumping occurs to a particular extent in continuous casting plants in which the roller spacing in the strand guide is constant over longer sections (i.e. several rollers that follow one another in the transport direction of the strand have the same distance from one another).
  • the roller spacing in the strand guide is constant over longer sections (i.e. several rollers that follow one another in the transport direction of the strand have the same distance from one another).
  • harmonic waves In addition to the fundamental wave, there are also harmonic waves. It was found that strand pumping only occurs above a critical casting speed that can be determined empirically, which in turn depends on the equipment used and the mode of operation. However, a limitation of the casting speed is unacceptable in view of a constant trend towards capacity increases. Typical casting speeds are up to 6 m/min and higher, e.g. for thin slab casting in direct connection.
  • the strand pumping leads to an irregular thickness of the strand shell, which is particularly important in thin slab casting Direct bonding can be problematic due to the reduced thickness of the cast strand compared to a cast slab and the high casting speed.
  • the WO 2018/108652 A1 therefore proposes a method mentioned at the outset, where fluctuations in the liquid level are reduced both by cyclically counter-rotating movements of the inflow device - with a relatively low frequency - and by cyclically counter-rotating changes in the roller spacing of rollers of the strand guide - with a relatively high frequency.
  • the actual value of the roller spacing is used as one of the input variables for this observer in order to compensate for a phase shift and/or amplitude of the actual value of the roller spacing.
  • the inflow device determines the amount of liquid metal that gets into the mold, is transferred more slowly to the meniscus, because liquid metal that is still below the inflow device flows into the mold when the position of the inflow device is changed.
  • the inflow device can be used to change the position of the inflow device in the correct phase only at lower frequencies, or only a lower control quality can be achieved as a result of this additional, non-compensable dynamic.
  • a control or regulation of the liquid level can be achieved by changing the mutual distance between opposite rollers.
  • the strand lies between opposite rollers.
  • the process only requires adjustable rollers, which are arranged in front of the solidification point.
  • the complete solidification point is the point where the core of the strand or slab is already solid, seen along the strand guide.
  • regulation or control of the meniscus is only possible before solidification, i.e. there where the core of the strand or slab is still liquid.
  • the rollers whose mutual distance is changed to reduce the fluctuations in the meniscus can, but do not have to, be the rollers that are driven in order to pull the metal strand out of the mold.
  • the mutual distance between opposite rollers of the strand guide is changed cyclically.
  • “Cyclically changed” means that opposing rollers periodically change their mutual distance from one another.
  • the method according to the invention can be used as the only regulation or control method for the liquid level (in combination with the flow regulation of the inflow device), or also in combination with other regulation or control methods for the liquid level through the inflow device. In the case of a combination of regulation or control methods, the individual regulation or control methods can be operated independently of one another.
  • the change in the roller spacing can therefore take place with frequencies that are also greater than or equal to 0.6 Hz, which are in particular up to 5 Hz.
  • the regulation or control method according to the invention for reducing the fluctuations in the meniscus is combined with other regulation or control methods for reducing the fluctuations in the meniscus, the other method or methods could cover a lower frequency range (e.g. from 0 to 0, 6 Hz), while the method according to the invention only covers the higher frequency range (e.g. from 0.6 to 1 Hz, from 0.6 to 2 Hz, from 0.6 to 3 Hz, from 0.6 to 4 Hz or from 0, 6 to 5 Hz) .
  • grids "grids"
  • normal to the strand-guiding direction” means any adjustment that runs essentially normal to the strand-guiding direction. This includes both pivoting and parallel displacement of a roller segment.
  • the strand guide is usually divided into several segments along the strand guiding direction, each segment contains two opposite roller segments.
  • a roller segment arranged near the mold is advantageously adjusted.
  • at least one roller segment of the first segment is adjusted.
  • the top one, ie closest to the mould lying, roller segment is adjusted.
  • the high gain of the actuator, which intervenes directly, enables maximum dynamics.
  • the factor relating to the change in the roller spacing in the top segment and its influence on the liquid level is typically around 1:10 to 1:13 (swivel segments) or 1:20 (parallel moving segments). This means that an increase in the distance between the rollers of 0.1 mm causes the liquid level in the mold to drop by 1 mm to 1.3 mm or 2 mm.
  • only small changes in the roller spacing are required, which can be accomplished in a very short time in order to be able to compensate for high frequencies of the strand pumping of up to 5 Hz.
  • At least one roller segment is pivoted.
  • the pivot axis is preferably closer to the mold, so that the part of the roller segment that is further away from the mold is deflected to a greater extent.
  • the outer roller segment ie the one on the outwardly curved side of the strand guide, could be fixed, for example realized by a fixed outer frame.
  • the opposite roller segment i.e. the one on the inwardly curved side of the strand guide, is pivoted.
  • it has, for example, an inner frame which carries the rollers and which is pivotably mounted.
  • the inner roller segment to be attached in a fixed manner and for the outer roller segment to be pivoted relative to the inner roller segment.
  • roller segments each with one or more rollers, are arranged on both sides along the strand guide, with at least the inner roller segment closest to the mold being perpendicular to the strand guide direction about the axis of rotation of a roller of this roller segment, the the mold is closest, is pivoted. Due to the small distance to the mold, the pivoting of the top roller segment has a particularly rapid effect on the liquid level.
  • At least one roller segment is adjusted in a parallel alignment to an opposite roller segment arranged along the strand guide, which in turn enables selective adjustment of the roller spacing between individual roller segments and rollers.
  • the outer roller segment ie the one on the outwardly curved side of the strand guide
  • the opposite roller segment ie the one on the inwardly curved side of the strand guide
  • the distance between the rollers of two opposite roller segments allows the volume of liquid metal in the core of the strand to be determined and a conclusion to be drawn as to a relative change in the meniscus.
  • At least one roller segment is adjusted by an adjustment device which includes at least one hydraulic or electromechanical actuator (eg hydraulic cylinder or electric spindle drive).
  • at least one hydraulic or electromechanical actuator eg hydraulic cylinder or electric spindle drive.
  • a proportional valve for at least one hydraulic cylinder is used.
  • An embodiment of the invention provides that frequencies of the fluctuations in the mold level are detected in a frequency range from 0 to 5 Hz and the fluctuations are compensated for by means of cyclically counter-rotating change in the roller spacing of rollers of the strand guide. In this embodiment variant, there is no compensation for the fluctuations in the liquid level by the inflow device for the mold.
  • This variant has the advantage that low-frequency fluctuations in the liquid level can be compensated for by controlling the inflow device of the mold, as has been the case in the prior art, while only the higher-frequency fluctuations in the liquid level are compensated for by controlling the distance between the rollers. So there is a possibility to retrofit existing regulations for the low-frequency fluctuations with an additional regulation of the distance between the rollers.
  • the regulation for the inflow device and/or the regulation for the roller spacing can be implemented with the aid of a so-called observer, as is shown in FIG AT518461A1 is shown.
  • an observer is a system that reconstructs non-measurable variables (states) from known input variables (e.g. manipulated variables or measurable disturbance variables) and output variables (measured variables) of an observed reference system. To do this, it reproduces the observed reference system as a model and uses a controller to track the measurable, and therefore comparable, state variables. This prevents a model from generating an error that grows over time.
  • the variant of the method with two frequency ranges preferably has a first observer who determines a first compensation value for a target position of the inflow device based on frequencies in the first frequency range, and a second observer who determines a second compensation value for a target value for the roller spacing of the rollers of the strand guide determined from frequencies of the second frequency range, with the actual value of the roller spacing being used as one of the input variables for this second observer according to the invention.
  • the liquid level in the mold is regulated both by the inflow into the mold and by the guidance of the metal strand, preferably in the uppermost segment, after the mold. It is also advantageous that due to the separation of the observers on different actuators (on the one hand the first compensation value for the target position of the inflow device in the case of the first observer and on the other hand the second compensation value for the roller spacing of the rollers of the strand guide), there is no interference between the observers or no negative Observers can influence each other.
  • the first observer works in a frequency range of less than or equal to 0.6 Hz and the second observer in a frequency range of greater than or equal to 0.6 Hz, preferably between 0.6 and 5 Hz frequency ranges of the two observers, there is the advantage that there cannot be any interference between the observers due to the overlapping of the frequency windows, which means that, for example, the setpoint for the actuator for the mold level control remains the same (in the case of no curvature) or smaller than in the case without secondary compensation .
  • fluctuations in the mold level are additionally reduced and losses in quality of the steel product are greatly reduced.
  • a possible device for carrying out the method according to the invention comprises means for introducing molten metal into a mold, a strand guide comprising rollers and a measuring device for measuring fluctuations in the liquid level, which is connected to a control device.
  • An adjusting device connected to the control device is provided, which is designed to reduce, in particular to compensate for, fluctuations in the liquid level due to cyclical changes in the roller spacing of opposite rollers of the strand guide that counteract the fluctuations in the liquid level, with the control device comprising at least one observer who is designed in such a way that, based on the frequencies of the fluctuations in the liquid level, a compensation value for a target value of the roller spacing of the rollers is determined and the actual value of the roller spacing is used as one of the input variables for this observer in order to determine a phase shift and/or amplitude of the actual value of the roller spacing compensate.
  • the adjustment device is designed for cyclic changes in the roller spacing in a frequency range of up to greater than or equal to 0.6 Hz, preferably up to 5 Hz.
  • the adjustment device can include at least one hydraulic or electromechanical actuator, such as a hydraulic cylinder or an electric spindle drive.
  • the adjusting device can be designed for cyclic changes in the roller spacing in a frequency range from 0 Hz, preferably up to 5 Hz, for example with hydraulic or electromechanical actuators such as a hydraulic cylinder or an electric spindle drive.
  • roller segments each with one or more rollers, are arranged on both sides along the strand guide, with at least one roller segment being adjustable by means of the adjusting device normal to the strand guide direction.
  • At least one roller segment can be adjustable in the top, ie first, segment. At least one roller segment can be pivotable. Or at least one roller segment can be adjusted in a parallel orientation to an opposite roller segment arranged along the strand guide.
  • the preferred embodiment is one in which several roller segments, each with one or more rollers, are arranged on both sides along the strand guide, with at least the inner roller segment closest to the mold being rotated by means of the adjusting device perpendicular to the strand guiding direction about the axis of rotation of a roller of this roller segment that is closest to the mold lies, is pivotable.
  • a variant of the device according to the invention provides that the measuring device can be used to detect frequencies of the fluctuations in the mold level in a first frequency range and that these fluctuations can be compensated for by means of cyclically counter-rotating movements of an inflow device of the mold, and that further frequencies can be detected by means of the measuring device the fluctuations in the liquid level can be detected in a second frequency range and these fluctuations can be compensated for by means of the adjustment device by means of cyclically counter-rotating change in the roller spacing of rollers of the strand guide, the second frequency range being above the first frequency range.
  • the second observer has the same components as the first observer and works in the same way, with the difference that it specifies a second compensation value, not for the inflow device for the mold, but for the adjustment device, which is located in - preferably the top segment - of the strand guide located.
  • the method according to the invention and the device according to the invention can be applied to existing continuous casting plants with the above-mentioned requirements and represents a significant improvement in the quality of continuously cast steel at a significantly higher casting speed and thus increased productivity.
  • This new type of mold level control enables highly dynamic Effects, e.g. highly dynamic strand pumping with frequencies above 0.6 Hz, must also be suppressed when unforeseen operating conditions occur, such as wear or deformation of the adjustment device for the rollers, or unwanted changes in the strand thickness or the steel properties.
  • a continuous casting plant has a mold 1 .
  • Liquid metal 3 for example liquid steel or liquid aluminum, is poured into the mold 1 via a dip tube 2 .
  • the inflow of the liquid metal 3 into the mold 1 is adjusted by means of an inflow device 4 .
  • a position p of the inflow device 4 corresponds to a lifted position of the sealing plug.
  • the inflow device 4 can be designed as a slide.
  • the locking position p corresponds to the slide position.
  • the liquid metal 3 in the mold is cooled by means of cooling devices (not shown) so that it solidifies on the walls 1a of the mold 1 and a strand shell is thus formed.
  • a core 6 is still liquid. He only freezes later.
  • the strand shell 5 and the core 6 together form a metal strand 7.
  • the metal strand 7 is supported by a strand guide 8 and withdrawn from the mold 9.
  • the strand guide 8 is downstream of the mold 1 . It has several roller segments 8a, which in turn have rollers 8b. Of the roller segments 8a and the rollers 8b, 1 only a few shown.
  • the metal strand 7 is pulled out of the mold 1 at a pull-off speed v by means of the rollers 8b.
  • the liquid metal 3 forms a liquid level 9 in the mold 1.
  • the liquid level 9 should be kept as constant as possible. Therefore - both in the prior art and in the present embodiment of the invention - the position p of the inflow device 4 is tracked in order to adjust the inflow of the liquid metal 3 into the mold 1 accordingly.
  • a height h of the liquid level 9 is recorded by means of a measuring device 10 (known per se).
  • the height h is supplied to a control device 11 for the continuous casting plant.
  • the control device 11 determines a manipulated variable S for the inflow device 4 according to a control method, which is explained in more detail below.
  • the inflow device 4 is then activated accordingly by the control device 11 .
  • the control device 11 outputs the manipulated variable S to an adjustment device 12 for the inflow device 4 .
  • the roller spacing which corresponds to the strand thickness d shown, can be adjusted in a targeted manner.
  • This can, as here in 1 shown, done in that in the first segment at least one roller segment 8a has a fixed outer frame, here, for example, the roller segment 8a located directly below the mold 1 on the left.
  • the opposite roller segment 8a, or the inner frame carrying this, can be pivoted about a pivot axis 23 which runs normal to the plane of the drawing.
  • the pivot axis 23 can coincide with an axis of rotation of a roller 8b, here with the axis of rotation of the upper roller 8b, but could of course also be provided at a different point.
  • the upper left roller segment 8a i.e. its outer frame
  • the upper right roller segment 8a i.e. its inner frame
  • the roller spacing of all pairs of rollers changes by the same amount. This could also be done with one or more (along the Strand width and / or distributed along the strand guide direction) hydraulic cylinders.
  • each roller segment 8a has three rollers 8b on each side. However, there could also be only two or more than three rollers 8b per roller segment 8a.
  • adjustment devices 24 are also provided in all segments 8a up to the point D of solidification. The adjusting devices 24 can each adjust the roller segments 8a by pivoting or by parallel displacement, as already in FIG 1 explained.
  • the inner roller segment 8a of the first (top) segment is adjusted by pivoting about the pivot axis 23, the inner roller segment 8a of the second segment by parallel displacement using two adjustment devices 24.
  • the connection of the adjustment devices 24 to the control device 11 is not shown here.
  • the controller 11 implements - see 3 - Among other things, a mold level controller 13.
  • the mold level controller 13 is supplied with the height h of the mold level 9.
  • a target value h* for the height h of the liquid level 9 is also supplied to the liquid level controller 13 .
  • the mold level controller 13 continues to be supplied with further signals.
  • the other signals can be, for example, the width and the thickness of the cast metal strand 7 (or more generally the cross section of the metal strand 7), the withdrawal speed v (or its desired value), 1 and others.
  • the mold level controller 13 uses the deviation of the height h of the mold level 9 from the setpoint h* to determine, in particular, a provisional setpoint position p'* for the inflow device 4.
  • the mold level controller 13 can use the other signals for its parameterization and/or for determining a pilot control signal pV .
  • the control device 11 also implements a first observer 14.
  • the first observer 14 is supplied with the height h of the liquid level 9 and its desired value h*, the further signals and a final desired position p* for the inflow device 4.
  • the first observer 14 determines a first compensation value k.
  • the first compensation value k is applied to the provisional desired position p'* and the final desired position p* is thus determined.
  • the manipulated variable S, with which the inflow device 4 is controlled, is then determined on the basis of the deviation of the actual position p from the final setpoint position p*.
  • the control device 11 implements a subordinate position controller (not shown) for this purpose.
  • first and second observers 14 , 25 are not persons, but function blocks implemented in the control device 11 .
  • the difference between the provisional target position p'* and the final target position p* corresponds to the first compensation value k ascertained by the first observer 14 . Since the first compensation value k is determined by the first observer 14 and is therefore known to the first observer 14, the first observer 14 can also be supplied with the provisional desired position p'* as an alternative to the final desired position p*. Because of the fact that the first compensation value k is known to the first observer 14, the first observer 14 can easily determine the final desired position p* from the provisional desired position p'*.
  • a tapping point 15 at which the (provisional or final) target position p′*, p* is tapped can therefore be located before or after a node 16 as required, at which the first compensation value k is applied to the provisional target position p′*.
  • the tapping point 15 should be in front of a node 16', at which the pilot control signal pV is applied.
  • the first observer 14 has a determination block 17 .
  • the determination block 17 are the height h of the meniscus 9, the further signals and the final desired position p* are supplied.
  • the determination block 17 has a model of the continuous caster. Using the model, the determination block 17 uses the additional signals and the final target position p* to determine an expected (i.e. model-based) height for the meniscus 9. Using the expected height, the determination block 17 then determines an expected (i.e. model-based) fluctuation value ⁇ h for the Height h of the liquid level 9, that is, the short-term fluctuation. For example, the determination block 17 can average the height h of the meniscus 9 and subtract the resulting mean value from the expected height. The determined fluctuation value ⁇ h thus reflects the expected fluctuation in the height h of the liquid level 9 . The determination block 17 then uses the fluctuation value ⁇ h to determine the first compensation value k.
  • the first observer 14 with the determination block 17 is shown again.
  • the determination block 17 is as shown in 4 however, only one of several components of the first observer 14.
  • the first observer 14 also has a first analysis element 18.
  • the fluctuation value ⁇ h is supplied to the first analysis element 18 . From this, the first analysis element 18 determines the frequency components of the fluctuation value ⁇ h.
  • a second analysis element 19 is preferably also present.
  • An additional signal Z is fed to the second analysis element 19 . From this, the second analysis element 19 determines the frequency components of the additional signal Z.
  • the additional signal Z can be a pull-out force F, with which the metal strand 7 is pulled out of the mold 1 by the rollers 8b of the strand guide 8 .
  • the extraction force F is directed parallel to the extraction speed v.
  • it can be the take-off speed v itself.
  • a force signal F' as the additional signal Z, with which (at least) one of the roller segments 8a of the strand guide 8 is acted upon.
  • the direction to which the force signal F' is related is orthogonal to the pull-off speed v.
  • the additional signal Z can be a local strand thickness d, which can be measured using a measuring device 21 (see 1 ) is measured in the strand guide 8.
  • the first analysis element 18 feeds the frequency components determined by it to a selection element 22 . If present, this also applies analogously to the second analysis element 19.
  • the selection element 22 determines the associated wavelengths in conjunction with the take-off speed v, which correspond to the frequency components of the fluctuation value ⁇ h and possibly also of the additional signal Z. For this purpose, the take-off speed v is supplied to the first observer 14 and within the first observer 14 to the selection element 22 .
  • the selection element 22 determines the wavelengths at which the associated frequency component of the fluctuation value ⁇ h, if applicable also the associated frequency component of the additional signal Z, is above a threshold value S1, S2.
  • the respective threshold value S1, S2 can be determined individually for the frequency components of the fluctuation value ⁇ h on the one hand and the frequency components of the additional signal Z on the other hand.
  • These wavelengths are preselected by the selector 22.
  • the number of wavelengths ⁇ i is not limited.
  • the selection element 22 (finally) selects these wavelengths ⁇ i.
  • the selection element 22 supplies the selected wavelengths ⁇ i to the determination block 17 .
  • the determination block 17 carries out a filtering of the height h of the meniscus 9 and the final desired position p* for the wavelengths ⁇ i selected by the selection element 22.
  • the determination block 17 determines the first compensation value k solely on the basis of the filtered height h of the liquid level 9 and the filtered final desired position p*.
  • the other frequency components of the height h of the meniscus 9 and of the final setpoint position p* is not taken into account by the determination block 17 when determining the first compensation value k.
  • predetermined wave ranges can be specified for the selection element 22 .
  • the predetermined wavebands represent an additional selection criterion.
  • wavelengths for which the associated frequency component of the fluctuation value ⁇ h, if applicable, the associated frequency component of the additional signal Z is above the respective threshold value S1, S2 are only selected if they are also within a of the predetermined wavelength ranges. Otherwise, they are not selected even if the associated frequency component of the fluctuation value ⁇ h and possibly also the associated frequency component of the additional signal Z is above the respective threshold value S1, S2.
  • the second observer 25 has identical components to the first observer 14, analyzes frequencies of the strand pumping after the mold 1 and specifies a second compensation value k′ for the adjustment device 24, namely the compensation value for the setpoint SET of the roller spacing.
  • This target value SET is a static target value that usually corresponds to the desired strand thickness.
  • a control circuit is shown, which includes a first and a second observer 14, 25.
  • the first observer 14 specifies a first compensation value k for the inflow device 4 of the mold 1, as a result of which the liquid level 9 in the mold 1 is regulated.
  • the first observer 14 and the inflow device 4 of the mold 1 together represent a standard system for controlling the liquid level 9 of the mold 1, which is used to compensate for frequencies in the first frequency range and thus represents a controller 27 for frequencies of the first frequency range.
  • This second compensation value k′ is supplied to the controller 28 for the roller adjustment, which calculates a control signal 29 for the roller distance from a set value SET and an actual value ACT and forwards this control signal 29 to the adjusting device 24 .
  • the actual value ACT is now also sent to the second observer 25, which takes it into account when calculating the second compensation value k′.
  • a single control method could also be provided that only controls or regulates the adjusting device 24 of the rollers 8b, while the inflow device 4 of the mold 1 is not used at all to compensate for the fluctuations in the liquid level.
  • the second observer 25 could be this only control method. In this case, the second observer 25 would generally cover a larger frequency range than with two control methods. This frequency range could then, for example, cover the frequencies from 0 to 0.6 Hz, from 0 to 1 Hz, from 0 to 2 Hz, from 0 to 3 Hz, from 0 to 4 Hz or from 0 to 5 Hz.
  • the first three illustrations clearly show that the position of the inflow device 4 changes cyclically, as does the height of the liquid level 9 and consequently also the flow of steel from the mold 1.
  • the cyclical fluctuations of the liquid level "M_L” are reduced.
  • the mutual distance between the rollers 8b in the uppermost segment would be changed cyclically in addition or as an alternative to changing the position "Pos (4)" of the inflow device 4 in order to reduce the fluctuations in the liquid level.
  • the Figures 7 to 10 each contain two figures: The upper figure shows the course of the meniscus 9 over time, with the meniscus 9 ideally following the horizontal center line.
  • the lower figure shows the dotted line as a function of time of the actual value ACT of the roller spacing, the dashed line as a function of time of the roller spacing EST precalculated using the model of the observer, and the solid line as a function of time of the target value corrected with the second compensation value k' SET of roller spacing.
  • the target value SET of the roll spacing essentially corresponds to the desired strand thickness d.
  • the second compensation value k' is added to this and the resulting signal can then be used as the control signal 29 for the roller spacing.
  • the target value SET of the roller spacing is thus a static value which is reduced and increased by the second compensation value k' which changes, as a rule periodically, and consequently also as a rule periodically.
  • the signal that results from the application of the second compensation value k' to the static desired value SET is thus the final desired value, so to speak.
  • the liquid level 9 changes its height periodically when the actual value ACT of the roller spacing, the precalculated roller spacing EST and the final target value of the roller spacing remain constant, i.e. in particular no second compensation value k′ is applied to the static target value SET.
  • the adjusting device 24 does not change the roller setting here.
  • the second compensation value k' which is applied to the target value SET of the roller spacing, must have the same frequency as the uncontrolled liquid level 9 ( 7 ) and usually with a corresponding phase shift to the meniscus 9, resulting in a common course of the precalculated roller spacing EST and the actual value ACT of the roller spacing, which common course has the same frequency as the target value SET plus the second compensation value k', but only is phase-shifted to the setpoint SET plus the second compensation value k'.
  • the actual roll adjustment thus corresponds to the pre-calculated roll spacing EST.
  • Typical strand thicknesses d in thin slab casting are around 100mm, typical casting speeds are between 2 and 6 m/min.
  • the over longer sections of the strand guide in Transport direction constant roller pitch is typically in the range of 200mm.
  • the frequencies of the fundamental wave and the harmonics of the oscillations of the meniscus then result from the casting speed and the roll spacing, which are to be compensated for with the method according to the invention and the device according to the invention.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Verfahren zum Regeln einer Stranggießanlage,
- wobei die Stranggießanlage eine Kokille (1) und eine der Kokille (1) nachgeordnete Strangführung (8) aufweist,
- wobei in die Kokille (1), insbesondere über eine Zuflusseinrichtung (4), flüssiges Metall (3) gegossen wird,
- wobei der Metallstrang (7) mittels beabstandet angeordneter Rollen (8b) der Strangführung (8) aus der Kokille (1) ausgezogen wird,
- wobei eine Messgröße ermittelt wird, die mit der Schwankung des sich in der Kokille ausbildenden Gießspiegels korreliert, diese Messgröße unter Einbindung von zumindest einer Rechenvorschrift verarbeitet und zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels (9) herangezogen wird,
- wobei zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen (8b) der Strangführung zyklisch geändert wird, nämlich durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels (9) gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen (8b) der Strangführung (8),
- wobei Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels (9) detektiert werden und zumindest ein Beobachter (25) vorgesehen ist, der basierend darauf einen Kompensationswert (k') für einen Sollwert (SET) des Rollenabstands der Rollen (8b) ermittelt, wobei als eine der Eingangsgrößen für diesen Beobachter (25) der Istwert (ACT) des Rollenabstands verwendet wird, um eine Phasenverschiebung und/oder Amplitude des Istwerts (ACT) des Rollenabstands zu kompensieren.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Stranggießanlage,
    • wobei die Stranggießanlage eine Kokille und eine der Kokille nachgeordnete Strangführung aufweist,
    • wobei in die Kokille, insbesondere über eine Zuflusseinrichtung, flüssiges Metall gegossen wird, das an Wänden der Kokille erstarrt, so dass sich ein Metallstrang mit einer erstarrten Strangschale und einem noch flüssigem Kern bildet,
    • wobei der Metallstrang mittels beabstandet angeordneter Rollen der Strangführung aus der Kokille ausgezogen wird,
      wobei eine Messgröße ermittelt wird, die mit der Schwankung des sich in der Kokille ausbildenden Gießspiegels korreliert, diese Messgröße unter Einbindung von zumindest einer Rechenvorschrift verarbeitet und zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels herangezogen wird,
    • wobei zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung vor dem Durcherstarrungspunkt zyklisch geändert wird, nämlich durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung,
    • wobei Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels detektiert werden und zumindest ein Beobachter vorgesehen ist, der basierend darauf einen Kompensationswert für einen Sollwert des Rollenabstands der Rollen ermittelt.
  • Die Erfindung umfasst auch eine entsprechende Vorrichtung.
  • Das Verfahren kann beim kontinuierlichen Stranggießen eingesetzt werden. Generell kann das Verfahren bei allen Stranggießverfahren mit hohen Gießgeschwindigkeiten vorteilhaft angewendet werden, weil hier eine hochdynamische Regelung/Steuerung des Gießspiegels verstärkt notwendig ist. Unter den Begriff Stranggießen fällt das Gießen von Brammen und Bändern, insbesondere das Dünnbrammengießen, wie das Dünnbrammengießen im Direktverbund, also im Verbund einer Stranggießanlage mit einer Warmwalzanlage.
    • Stand der Technik
  • Beim kontinuierlichen Stranggießen ist es aus metallurgischer Sicht für die Ausbildung einer einheitlichen rissfreien Strangschale und einer homogenen, fehlerfreien Bramme generell von großer Bedeutung, dass Gießspiegelschwankungen in einem geforderten engen Toleranzbereich liegen. Aufgrund der verschieden Phänomene, die den Gießspiegel beeinflussen, ist eine Regelung notwendig, um diesen konstant zu halten. Zu diesen Phänomenen zählen
    1. 1. Transiente Flüsse in die Kokille über die Zuflusseinrichtung:
      • Verstopfen der Zuflusseinrichtung, die als Stopfen oder Schieber ausbildet sein kann, Verstopfen des Tauchrohres bzw. das Loslösen und Freispülen dieser Verstopfungen,
      • Änderungen der Spülgasmenge (bei Stopfen wird meist in der Stopfenmitte Argon zur Erzeugung eines Überdrucks im Tauchrohr (Verhindern der Ansaugung von Luft) eingeblasen, was Turbulenzen im Stahlbad in der Kokille verursachen kann),
      • Verteilergewichtsschwankungen verursacht z.B. durch nicht ideale Regelung des Zuflusses der Pfanne in den Verteiler (Verteiler = Zwischengefäß zwischen Pfanne und Kokille). Durch diese Druckänderung wird bei gleicher Stopfenöffnung ein anderer Durchfluss erzeugt, welchem mit Regelung entgegengewirkt werden muss,
      • Viskositätsänderung des Stahls bei z.B. Pfannenwechsel.
    2. 2. Veränderung des Volumens an Flüssigstahl in der Kokille:
      • Formatänderung in der Kokille
      • Gießspiegel-Sollwertänderung (z.B. um Verschleißerscheinungen an dem Tauchrohr zu reduzieren)
    3. 3. Transiente Flüsse aus der Kokille:
      • Strangpumpen
      • Gießgeschwindigkeitsänderungen
      • Verbogene Rollen
      • Beabsichtigte Änderungen des Gießspaltes (z.B. Soft reduction)
  • All diese angeführten Phänomene führen zu Änderungen im Gießspiegel und diesen Änderungen muss entgegengewirkt werden. Da viele der Phänomene sehr plötzlich und unerwartet auftreten, spielt die Dynamik der Regelung eine sehr große Rolle.
  • Vermehrt bei speziellen Stahlqualitäten, z. B. peritektischen Stählen oder ferritischen rostfreien Stählen, kommt es während des kontinuierlichen Gießvorganges zu einem unregelmäßig auftretenden Heben und Senken des Badspiegels (=zyklisch), das als "Strangpumpen" ("bulging", "mold level hunting") bekannt ist. Beim Strangpumpen ist ein ermittelbarer Zusammenhang zwischen einer mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße und der Gießspiegelbewegung feststellbar. Es ist ein Merkmal dieser zyklisch auftretenden Störung, dass sie bei einer bestimmten Gießgeschwindigkeit mit einer Periodendauer auftritt, die in etwa der durchschnittlichen Rollenteilung (also dem Abstand der Rollen in Transportrichtung des Strangs) mindestens eines Bereiches der Strangführung entspricht. Im besonderen Maße tritt das Strangpumpen bei Stranggießanlagen auf, bei denen die Rollenteilung in der Strangführung über längere Abschnitte konstant ist (also mehrere in Transportrichtung des Strangs aufeinanderfolgende Rollen den gleichen Abstand zueinander haben). Neben der Grundwelle treten auch harmonische Oberwellen auf. Es konnte festgestellt werden, dass das Strangpumpen nur oberhalb einer empirisch zu ermittelnden kritischen Gießgeschwindigkeit auftritt, die wiederum von verwendetem Betriebsmittel und von der Betriebsweise abhängt. Eine Beschränkung der Gießgeschwindigkeit ist jedoch aus Sicht eines steten Trends zu Kapazitätssteigerungen nicht akzeptabel. Typische Gießgeschwindigkeiten liegen z.B. beim Dünnbrammengießen im Direktverbund bei bis zu 6 m/min und höher.
  • Das Strangpumpen führt zu einer unregelmäßigen Dicke der Strangschale, was insbesondere beim Dünnbrammengießen im Direktverbund aufgrund der geringeren Dicke des gegossenen Stranges im Vergleich zu einer gegossenen Bramme und der hohen Gießgeschwindigkeit problematisch sein kann.
  • Die Regelung des Gießspiegels durch die Einstellung der Zuflusseinrichtung der Kokille weist nur eine niedrige Dynamik auf. Damit ist es nicht möglich, beispielsweise die beim kontinuierlichen Stranggießen ab einer Geschwindigkeit von größer gleich 2m/min auftretenden Frequenzen von größer gleich 0,6 Hz auszugleichen, welche Unregelmäßigkeiten im Stahlerzeugnis verursachen und somit die Qualität des Erzeugnisses mindern. Dieses Problem des "high frequency bulging", also der Wölbungskompensation des Strangpumpens mit Frequenzen größer gleich 0,6 Hz, wird etwa durch die WO 2018/108652 A1 gelöst.
  • Die WO 2018/108652 A1 schlägt daher ein eingangs genanntes Verfahren vor, wo Schwankungen des Gießspiegels sowohl durch zyklisch gegenläufige Bewegungen der Zuflusseinrichtung - mit relativ niedriger Frequenz - als auch durch zyklisch gegenläufige Änderung des Rollenabstands von Rollen der Strangführung - mit relativ hoher Frequenz - vermindert werden.
  • Man hat festgestellt, dass mit dem dabei ermittelten Kompensationswert für den Rollenabstand der Rollen der Strangführung, wenn man diesen Kompensationswert der Verstellvorrichtung der Rollen zuführt, oft nicht das ganze Ausmaß der zu erwartenden Reduktion der Schwankungen des Gießspiegels erzielt werden kann.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zum Regeln einer Stranggießanlage vorzuschlagen, mittels dem die Schwankungen des Gießspiegels größer gleich 0,6 Hz noch besser reduziert werden können.
    • Darstellung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Regeln einer Stranggießanlage gemäß Anspruch 1,
    • wobei die Stranggießanlage eine Kokille und eine der Kokille nachgeordnete Strangführung aufweist,
    • wobei in die Kokille, insbesondere über eine Zuflusseinrichtung, flüssiges Metall gegossen wird, das an Wänden der Kokille erstarrt, so dass sich ein Metallstrang mit einer erstarrten Strangschale und einem noch flüssigem Kern bildet,
    • wobei der Metallstrang mittels beabstandet angeordneter Rollen der Strangführung aus der Kokille ausgezogen wird,
      wobei eine Messgröße ermittelt wird, die mit der Schwankung des sich in der Kokille ausbildenden Gießspiegels korreliert, diese Messgröße unter Einbindung von zumindest einer Rechenvorschrift verarbeitet und zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels herangezogen wird,
    • wobei zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung vor dem Durcherstarrungspunkt zyklisch geändert wird, nämlich durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung,
    • wobei Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels detektiert werden und zumindest ein Beobachter vorgesehen ist, der basierend darauf einen Kompensationswert für einen Sollwert des Rollenabstands der Rollen ermittelt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass als eine der Eingangsgrößen für diesen Beobachter der Istwert des Rollenabstands verwendet wird, um eine Phasenverschiebung und/oder Amplitude des Istwerts des Rollenabstands zu kompensieren.
  • Grundsätzlich wird somit durch die Rechenvorschrift mittels der angestellten Rollen der Strangführung eine die Schwankungen ausregelnde Bewegung bewirkt. Der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen, zwischen denen der Strang geführt wird, wirkt sich direkt auf den flüssigen Kern des Strangs aus und verändert direkt den Gießspiegel, die Schwankungen des Gießspiegels werden sofort korrigiert. Dadurch wird eine genauere und dynamischere Regelung des Gießspiegels ermöglicht. Geringere Schwankungen des Gießspiegels bewirken wieder eine Qualitätsverbesserung des Strangs bzw. des Brammenendprodukts, wie z.B. eine Reduktion von Einschlüssen oder eine Rissvermeidung. Somit können auch phasenrichtig Schwingungen mit höheren Frequenzen durch Änderungen des Rollenabstands erzeugt werden. Die Bewegung der Zuflusseinrichtung hingegen, welche die Menge an flüssigem Metall festlegt, die in die Kokille gelangt, überträgt sich langsamer auf den Gießspiegel, weil ja noch unterhalb der Zuflusseinrichtung befindliches flüssiges Metall in die Kokille strömt, wenn die Stellung der Zuflusseinrichtung geändert wird. Insofern kann mit der Zuflusseinrichtung ein phasenrichtiges Ändern der Stellung der Zuflusseinrichtung nur bei niedrigeren Frequenzen erreicht werden bzw. kann durch diese zusätzliche, nicht kompensierbare Dynamik nur eine geringere Regelgüte erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß kann durch die Änderung des gegenseitigen Abstands von einander gegenüberliegenden Rollen eine Steuerung bzw. Regelung des Gießspiegels erreicht werden. Zwischen einander gegenüberliegenden Rollen liegt der Strang. Das Verfahren benötigt lediglich anstellbare Rollen, welche vor dem Durcherstarrungspunkt angeordnet sind. Der Durcherstarrungspunkt ist, längs der Strangführung gesehen, jener Ort, wo der Kern des Strangs bzw. der Bramme bereits fest ist. Eine Regelung oder Steuerung des Gießspiegels ist aber nur vor der Durcherstarrung möglich, also dort, wo der Strang bzw. die Bramme im Kern noch flüssig ist. Die Rollen, deren gegenseitiger Abstand zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels geändert wird, können, müssen aber nicht jene Rollen sein, die angetrieben sind, um den Metallstrang aus der Kokille zu ziehen.
  • Der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung wird erfindungsgemäß zyklisch geändert. "Zyklisch geändert" bedeutet, dass einander gegenüberliegende Rollen periodisch ihren gegenseitigen Abstand zueinander ändern. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren als einziges Regel- bzw. Steuerverfahren für den Gießspiegel eingesetzt werden (in Kombination mit der Durchflussregelung der Zuflusseinrichtung), oder auch in Kombination mit anderen Regel- bzw. Steuerverfahren für den Gießspiegel durch die Zuflusseinrichtung. Bei einer Kombination von Regel- bzw. Steuerverfahren können die einzelnen Regel- bzw. Steuerverfahren unabhängig voneinander betrieben werden.
  • Obwohl es mit dem Verfahren der WO 2018/108652 A1 gut gelingt, Schwingungen mit höheren Frequenzen die meiste Zeit phasenrichtig zu reduzieren, gibt es Betriebsfälle, wo das Verhalten der Stranggießanlage, nämlich der Verstellvorrichtung für die Rollen, von den Modellen, die im Beobachter hinterlegt sind, abweicht. Dann arbeitet die Verstellvorrichtung nicht phasenrichtig oder nicht mit der vorgesehenen Amplitude. Gründe dafür sind etwa die Abnützung der mechanischen und/oder hydraulischen Komponenten der Verstellvorrichtung, Änderungen der Strangdicke oder der Stahleigenschaften, Reibung im Hydraulikzylinder oder in mechanischen Teilen der Verstellvorrichtung und thermische Verformung in Bauteilen der Verstellvorrichtung. Auch eine Änderung in der Strangbreite, also etwa der Breite der Dünnbramme, kann eine Abweichung von den Modellen bewirken, weil bei zunehmender Breite der Druck in den Hydraulikzylindern der Verstellvorrichtung erhöht werden muss, um die gleiche Strangdicke zu erhalten.
  • Um auch in diesen Betriebsfällen eine gute Kompensation insbesondere der hochfrequenten Gießspiegelschwankungen erreichen zu können, wird der Istwert des Rollenabstands bei der Berechnung des Kompensationswerts für den Rollenabstand berücksichtigt. Damit ergibt sich dann der für diesen nicht vorhersehbaren Betriebsfall nötige Kompensationswert, um die hochfrequenten Gießspiegelschwankungen dennoch möglichst auszugleichen.
  • Insbesondere wenn (auch) das Strangpumpen ("Bulging") ausgeglichen werden soll, können die zyklischen Änderungen in einem Frequenzbereich bis zu größer gleich 0,6 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, liegen. Die Änderung des Rollenabstands kann also mit Frequenzen erfolgen, die auch größer gleich 0,6 Hz sind, die insbesondere bis zu 5 Hz betragen.
  • So können etwa, falls nur das auf die Rollen wirkende Regel- bzw. Steuerverfahren angewendet wird, die zyklischen Änderungen des Rollenabstands im Frequenzbereich von 0 bis 0,6 Hz, von 0 bis 1 Hz, von 0 bis 2 Hz, von 0 bis 3 Hz, von 0 bis 4 Hz oder von 0 bis 5 Hz liegen. Wenn das erfindungsgemäße Regel- bzw. Steuerverfahren zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels mit anderen Regel- bzw. Steuerverfahren zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels kombiniert wird, so könnte das bzw. könnten die anderen Verfahren einen niedrigeren Frequenzbereich abdecken (z.B. von 0 bis 0,6 Hz), während das erfindungsgemäße Verfahren nur den höheren Frequenzbereich abdeckt (z.B. von 0,6 bis 1 Hz, von 0,6 bis 2 Hz, von 0,6 bis 3 Hz, von 0,6 bis 4 Hz oder von 0,6 bis 5 Hz) .
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass entlang der Strangführung beidseitig (also bezüglich des Strangs einander gegenüberliegend) mehrere Rollensegmente mit jeweils einer oder mehreren Rollen angeordnet sind, wobei zumindest ein Rollensegment normal zur Strangführungsrichtung verstellt wird. Der Begriff Rollensegment inkludiert auch sogenannte Gitter (="Grids") welche typischer Weise direkt unterhalb der Kokille angeordnet sind. Mit "normal zur Strangführungsrichtung" ist hier jede Verstellung gemeint, die im Wesentlichen normal zur Strangführungsrichtung verläuft. Dies umfasst sowohl ein Verschwenken als auch ein paralleles Verschieben eines Rollensegments. Die Strangführung ist in der Regel längs der Strangführungsrichtung in mehrere Segmente unterteilt, jedes Segment enthält zwei einander gegenüberliegende Rollensegmente.
  • Vorteilhaft wird ein nahe der Kokille angeordnetes Rollensegment verstellt. Insofern kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Rollensegment des ersten Segments verstellt wird. Es kann also vorgesehen sein, dass das oberste, also der Kokille am nächsten liegende, Rollensegment verstellt wird. Die große Verstärkung des Aktors, der direkt eingreift, ermöglicht höchste Dynamik. Der Faktor bezüglich der Änderung des Rollenabstands im obersten Segment und sein Einfluss auf den Gießspiegel beträgt typischer Weise etwa 1:10 bis 1:13 (schwenkbare Segmente) bzw. 1:20 (parallel verfahrende Segmente). Das bedeutet, dass durch eine Vergrößerung des Rollenabstands von 0,1 mm ein Fall des Gießspiegels in der Kokille um 1mm bis 1,3mm bzw. 2mm bewirkt wird. Hierdurch werden nur kleine Änderungen des Rollenabstands benötigt, welche in sehr kurzer Zeit bewerkstelligt werden können, um hohe Frequenzen des Strangpumpens mit bis zu 5 Hz kompensieren zu können.
  • Durch die selektive Verstellung von einzelnen Rollensegmenten mit jeweils mehreren Rollen normal zur Strangführungsrichtung wird der Abstand zwischen gegenüber angeordneten Rollen den Schwankungen des Gießspiegels gegenläufig verringert, um Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels zu kompensieren. Durch diese Kompensation wird die Stabilität des kontinuierlichen Stranggießens deutlich erhöht und bei gleichbleibender Qualität des Stahlerzeugnisses werden hohe Gießgeschwindigkeiten ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest ein Rollensegment verschwenkt wird. Die Schwenkachse liegt dabei vorzugsweise näher an der Kokille, sodass der von der Kokille weiter entfernte Teil des Rollensegments stärker ausgelenkt wird. Das äußere Rollensegment, also jenes an der nach außen gekrümmten Seite der Strangführung, könnte dabei fix sein, etwa durch einen feststehenden Außenrahmen verwirklicht sein. Das gegenüberliegende Rollensegment, also jenes an der nach innen gekrümmten Seite der Strangführung, wird verschwenkt. Es weist dazu z.B. einen Innenrahmen auf, der die Rollen trägt und der verschwenkbar gelagert ist. Denkbar wäre aber auch, dass das innere Rollensegment fix angebracht ist und das äußere Rollensegment gegenüber dem inneren Rollensegment verschwenkt wird.
  • Besonders gute Ergebnisse bei der Kompensation der Gießspiegelschwankungen lassen sich erzielen, wenn entlang der Strangführung beidseitig mehrere Rollensegmente mit jeweils einer oder mehreren Rollen angeordnet sind, wobei zumindest das der Kokille am nächsten liegende innere Rollensegment normal zur Strangführungsrichtung um die Drehachse einer Rolle dieses Rollensegments, die der Kokille am nächsten liegt, verschwenkt wird. Durch den geringen Abstand zur Kokille wirkt sich die Verschwenkung des obersten Rollensegments besonders schnell auf den Gießspiegel aus.
  • Alternativ zum Verschwenken von Rollensegmenten kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Rollensegment in paralleler Ausrichtung zu einem gegenüber liegenden, entlang der Strangführung angeordneten Rollensegment verstellt wird, wodurch wiederum eine selektive Anpassung des Rollenabstands zwischen einzelnen Rollensegmenten und Rollen ermöglicht wird. Das äußere Rollensegment, also jenes an der nach außen gekrümmten Seite der Strangführung, könnte dabei fix sein, etwa durch einen feststehenden Außenrahmen verwirklicht sein. Das gegenüberliegende Rollensegment, also jenes an der nach innen gekrümmten Seite der Strangführung, wird dann in Richtung des äußeren Rollensegments translatorisch verschoben. Denkbar wäre auch hier, dass umgekehrt das innere Rollensegment fix ist, während das gegenüberliegende äußere Rollensegment translatorisch verschoben wird.
  • Durch den Abstand der Rollen zweier gegenüberliegender Rollensegmente kann das Volumen an flüssigem Metall im Kern des Stranges ermittelt und somit ein Rückschluss auf eine relative Gießspiegeländerung gezogen werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Rollensegment durch eine Verstellvorrichtung verstellt, welche zumindest einen hydraulischen oder elektromechanischen Aktuator (z.B. Hydraulikzylinder oder elektrischer Spindelantrieb) umfasst. Um eine optimale Reaktionszeit bezüglich der Einstellung des Rollenabstands im Hinblick auf Gießspiegelschwankungen zu ermöglichen, wird vorzugsweise ein Proportionalventil für zumindest einen hydraulischen Zylinder verwendet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem Frequenzbereich von 0 bis 5Hz detektiert und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Änderung des Rollenabstands von Rollen der Strangführung ausgeglichen werden. Bei dieser Ausführungsvariante erfolgt also kein Ausgleich der Schwankungen des Gießspiegels durch die Zuflusseinrichtung für die Kokille.
  • Eine dazu alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
    • dass Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem ersten Frequenzbereich detektiert werden und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Bewegungen der Zuflusseinrichtung (der Kokille) ausgeglichen werden, weitere Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem zweiten Frequenzbereich detektiert und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Änderung des Rollenabstands von Rollen der Strangführung ausgeglichen werden, wobei der zweite Frequenzbereich über dem ersten Frequenzbereich liegt,
    • dass ein erster Beobachter vorgesehen ist, der einen ersten Kompensationswert für eine Sollstellung der Zuflusseinrichtung auf Basis von Frequenzen des ersten Frequenzbereichs ermittelt,
    • dass ein zweiter Beobachter vorgesehen ist, der einen zweiten Kompensationswert für einen Sollwert des Rollenabstands der Rollen der Strangführung auf Basis von Frequenzen des zweiten Frequenzbereichs ermittelt, wobei als eine der Eingangsgrößen für diesen zweiten Beobachter der Istwert des Rollenabstands verwendet wird.
  • Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass niederfrequente Schwankungen des Gießspiegels, wie bisher schon gemäß dem Stand der Technik, durch Regelung der Zuflusseinrichtung der Kokille ausgeglichen werden können, während nur die höherfrequenten Schwankungen des Gießspiegels durch die Regelung des Abstands der Rollen ausgeglichen werden. Es besteht somit die Möglichkeit bestehende Regelungen für die niederfrequenten Schwankungen mit einer zusätzlichen Regelung des Abstands der Rollen nachzurüsten.
  • Dabei können die Regelung für die Zuflusseinrichtung und/oder die Regelung für den Rollenabstand mit Hilfe eines sogenannten Beobachters realisiert werden, wie dies in der AT 518461 A1 gezeigt ist. Unter einem Beobachter versteht man entsprechend der Regelungstechnik ein System, das aus bekannten Eingangsgrößen (z. B. Stellgrößen oder messbaren Störgrößen) und Ausgangsgrößen (Messgrößen) eines beobachteten Referenzsystems nicht messbare Größen (Zustände) rekonstruiert. Dazu bildet er das beobachtete Referenzsystem als Modell nach und führt mit einem Regler die messbaren, und deshalb mit dem Referenzsystem vergleichbaren, Zustandsgrößen nach. So wird vermieden, dass ein Modell einen über die Zeit wachsenden Fehler generiert.
  • Vorzugsweise weist die Verfahrensvariante mit zwei Frequenzbereichen einen ersten Beobachter auf, der einen ersten Kompensationswert für eine Sollstellung der Zuflusseinrichtung auf Basis von Frequenzen des ersten Frequenzbereichs ermittelt, und einen zweiten Beobachter, der einen zweiten Kompensationswert für einen Sollwert des Rollenabstands der Rollen der Strangführung auf Basis von Frequenzen des zweiten Frequenzbereichs ermittelt, wobei als eine der Eingangsgrößen für diesen zweiten Beobachter eben erfindungsgemäß der Istwert des Rollenabstands verwendet wird.
  • Hierdurch wird der Gießspiegel in der Kokille sowohl durch den Zufluss in die Kokille als auch durch die Führung des Metallstranges, vorzugsweise im obersten Segment, nach der Kokille geregelt. Außerdem ist vorteilhaft, dass durch die Separation der Beobachter auf verschiedene Aktuatoren (einerseits der erste Kompensationswert für die Sollstellung der Zuflusseinrichtung im Fall des ersten Beobachters und andererseits der zweite Kompensationswert für den Rollenabstand der Rollen der Strangführung), keine Störung zwischen den Beobachtern beziehungsweise keine negative Beeinflussung der Beobachter untereinander entstehen kann.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens mit zwei Frequenzbereichen arbeitet der erste Beobachter in einem Frequenzbereich kleiner gleich 0,6 Hz und der zweite Beobachter in einem Frequenzbereich von größer gleich 0,6 Hz, vorzugsweise zwischen 0,6 bis 5 Hz. Durch die getrennten Frequenzbereiche der zwei Beobachter ergibt sich der Vorteil, dass es nicht zu Interferenzen zwischen den Beobachtern durch Überlappung der Frequenzfenster kommen kann, wodurch zum Beispiel der Sollwert für den Aktuator der Gießspiegelregelung gleich bleibt (im Falle keiner Wölbungen) oder kleiner als im Falle ohne sekundärer Kompensation. Hierdurch werden Gießspiegelschwankungen zusätzlich reduziert und Qualitätsverluste des Stahlerzeugnisses stark vermindert. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können hohe Gießgeschwindigkeiten bei hoher Qualität des Stahlerzeugnisses verwendet werden, wodurch sich die Produktivität von Anlagen zum kontinuierlichen Strangguss, insbesondere zur kontinuierlichen Dünnbrammenerzeugung im Direktverbund, deutlich erhöht.
  • Eine mögliche Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Mittel zur Einbringung einer Metallschmelze in eine Kokille, eine Strangführung umfassend Rollen und eine Messeinrichtung zur Messung von Schwankungen des Gießspiegels, die mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Dabei ist eine mit der Steuereinrichtung verbundene Verstellvorrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, Schwankungen des Gießspiegels durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen der Strangführung zu verringern, insbesondere auszugleichen, wobei die Steuereinrichtung zumindest einen Beobachter umfasst, der so ausgebildet ist, dass basierend auf Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels ein Kompensationswert für einen Sollwert des Rollenabstands der Rollen ermittelt wird und als eine der Eingangsgrößen für diesen Beobachter der Istwert des Rollenabstands verwendet wird, um eine Phasenverschiebung und/oder Amplitude des Istwerts des Rollenabstands zu kompensieren.
  • Wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren besprochen, kann vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtung für zyklische Änderungen des Rollenabstands in einem Frequenzbereich bis zu größer gleich 0,6 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, ausgelegt ist. Die Verstellvorrichtung kann zumindest einen hydraulischen oder elektromechanischen Aktuator, wie einen hydraulischen Zylinder oder einen elektrischen Spindelantrieb, umfassen. Selbstverständlich kann die Verstellvorrichtung für zyklische Änderungen des Rollenabstands in einem Frequenzbereich ab 0 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, ausgelegt sein, etwa ebenso mit hydraulischen oder elektromechanischen Aktuatoren, wie einem hydraulischen Zylinder oder einem elektrischen Spindelantrieb.
  • Wie ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren besprochen, kann vorgesehen sein, dass entlang der Strangführung beidseitig mehrere Rollensegmente mit jeweils einer oder mehreren Rollen angeordnet sind, wobei zumindest ein Rollensegment mittels der Verstellvorrichtung normal zur Strangführungsrichtung verstellbar ist.
  • Beispielsweise kann im obersten, also ersten, Segment zumindest ein Rollensegment verstellbar sein. Dabei kann zumindest ein Rollensegment verschwenkbar sein. Oder zumindest ein Rollensegment ist in paralleler Ausrichtung zu einem gegenüber liegenden, entlang der Strangführung angeordneten Rollensegment verstellbar. Vorzugsweise werden die Rollensegmente so verstellt, dass keine sprunghaften Segmentübergänge (=Dickenänderungen) entstehen, dies wird "verlinkt verfahren" genannt.
  • Bevorzugt ist jene Ausführungsform, wo entlang der Strangführung beidseitig mehrere Rollensegmente mit jeweils einer oder mehreren Rollen angeordnet sind, wobei zumindest das der Kokille am nächsten liegende innere Rollensegment mittels der Verstellvorrichtung normal zur Strangführungsrichtung um die Drehachse einer Rolle dieses Rollensegments, die der Kokille am nächsten liegt, verschwenkbar ist.
  • Entsprechend zur Verfahrensvariante mit zwei Frequenzbereichen sieht eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass mittels der Messeinrichtung Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem ersten Frequenzbereich detektierbar sind und diese Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Bewegungen einer Zuflusseinrichtung der Kokille ausgleichbar sind, und dass mittels der Messeinrichtung weitere Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem zweiten Frequenzbereich detektierbar sind und diese Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Änderung des Rollenabstands von Rollen der Strangführung mittels der Verstellvorrichtung ausgleichbar sind, wobei der zweite Frequenzbereich über dem ersten Frequenzbereich liegt.
  • Dies kann beispielsweise wieder mittels eines ersten und/oder eines zweiten Beobachters ausgeführt sein. Der zweite Beobachter umfasst die gleichen Bestandteile wie der erste Beobachter und funktioniert analog, mit dem Unterschied, dass er einen zweiten Kompensationswert vorgibt, und zwar nicht der Zuflusseinrichtung für die Kokille, sondern der Verstellvorrichtung, die sich in - vorzugsweise dem obersten Segment - der Strangführung befindet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf bestehende Stranggießanlagen mit obig genannten Anforderungen anwendbar und stellt eine deutliche Verbesserung der Qualität von kontinuierlich gegossenem Stahl bei einer deutlich höheren Gießgeschwindigkeit und dadurch gesteigerten Produktivität dar. Durch diese neue Art der Gießspiegelregelung wird es ermöglicht, hochdynamische Effekte, z.B. hochdynamisches Strangpumpen mit Frequenzen über 0,6 Hz, auch dann zu unterdrücken, wenn nicht vorhergesehene Betriebsfälle eintreten, etwa durch Abnutzung oder Verformung der Verstellvorrichtung für die Rollen, oder eben ungewollte Änderungen der Strangdicke oder der Stahleigenschaften.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen Stranggießanlage,
    Fig. 2
    eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strangführung,
    Fig. 3
    den schematischen Aufbau einer Steuereinrichtung des Standes der Technik,
    Fig. 4
    Details des ersten Beobachters aus Fig. 3,
    Fig. 5
    schematisch einen erfindungsgemäßen Kontrollkreis umfassend einen ersten und zweiten Beobachter,
    Fig. 6
    den zeitlichen Verlauf verschiedener Größen bei der Regelung einer Stranggießanlage,
    Fig. 7
    den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn der Rollenabstand nicht verändert wird,
    Fig. 8
    den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn der Rollenabstand den Gießspiegel ideal konstant hält,
    Fig. 9
    den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn der Rollenabstand ein ungewöhnliches Verhalten zeigt,
    Fig. 10
    den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn das ungewöhnliche Verhalten des Rollenabstands ideal ausgeglichen wird.
    Ausführung der Erfindung
  • Gemäß Fig. 1 weist eine Stranggießanlage eine Kokille 1 auf. In die Kokille 1 wird über ein Tauchrohr 2 flüssiges Metall 3 gegossen, beispielsweise flüssiger Stahl oder flüssiges Aluminium. Der Zufluss des flüssigen Metalls 3 in die Kokille 1 wird mittels einer Zuflusseinrichtung 4 eingestellt. Dargestellt ist in Fig. 1 eine Ausgestaltung der Zuflusseinrichtung 4 als Verschlussstopfen. In diesem Fall entspricht eine Stellung p der Zuflusseinrichtung 4 einer Hubposition des Verschlussstopfens. Alternativ kann die Zuflusseinrichtung 4 als Schieber ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht die Verschlussstellung p der Schieberposition.
  • Das in der Kokille befindliche flüssige Metall 3 wird mittels Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) gekühlt, so dass es an Wänden 1a der Kokille 1 erstarrt und sich somit eine Strangschale bildet. Ein Kern 6 ist jedoch noch flüssig. Er erstarrt erst später. Die Strangschale 5 und der Kern 6 bilden zusammen einen Metallstrang 7. Der Metallstrang 7 wird mittels einer Strangführung 8 gestützt und aus der Kokille 9 abgezogen. Die Strangführung 8 ist der Kokille 1 nachgeordnet. Sie weist mehrere Rollensegmente 8a auf, die ihrerseits wieder Rollen 8b aufweisen. Von den Rollensegmenten 8a und den Rollen 8b sind in Fig. 1 nur einige wenige dargestellt. Mittels der Rollen 8b wird der Metallstrang 7 mit einer Abzugsgeschwindigkeit v aus der Kokille 1 ausgezogen.
  • Das flüssige Metall 3 bildet in der Kokille 1 einen Gießspiegel 9. Der Gießspiegel 9 soll möglichst konstant gehalten werden. Daher wird - sowohl im Stand der Technik als auch bei der vorliegenden Ausführungsvariante der Erfindung - die Stellung p der Zuflusseinrichtung 4 nachgeführt, um den Zufluss des flüssigen Metalls 3 in die Kokille 1 entsprechend einzustellen. Mittels einer (an sich bekannten) Messeinrichtung 10 wird eine Höhe h des Gießspiegels 9 erfasst. Die Höhe h wird einer Steuereinrichtung 11 für die Stranggießanlage zugeführt. Die Steuereinrichtung 11 ermittelt gemäß einem Regelverfahren, das nachstehend näher erläutert wird, eine Stellgröße S für die Zuflusseinrichtung 4. Die Zuflusseinrichtung 4 wird sodann von der Steuereinrichtung 11 entsprechend angesteuert. In der Regel gibt die Steuereinrichtung 11 die Stellgröße S an eine Verstelleinrichtung 12 für die Zuflusseinrichtung 4 aus. Bei der Verstelleinrichtung 12 kann es sich beispielsweise um eine Hydraulikzylindereinheit handeln. Frequenzen des Strangpumpens nach der Kokille werden messtechnisch erfasst und/oder gemäß f=vc/pRoll*n ermittelt, wobei vc der Abzugsgeschwindigkeit des Stranges, f der Wölbungsfrequenz, n der Anzahl der harmonischen Frequenzen (1,2 etc.) und pRoll den Rollenabständen entspricht.
  • Mittels Schwenkachse 23 und/oder Verstellvorrichtung 24 können die Rollenabstände, welche der eingezeichneten Strangdicke d entsprechen, gezielt angepasst werden. Dies kann, wie hier in Fig. 1 dargestellt, dadurch geschehen, dass im ersten Segment zumindest ein Rollensegment 8a einen feststehenden Außenrahmen aufweist, hier etwa das direkt unterhalb der Kokille 1 links gelegene Rollensegment 8a. Das gegenüber liegende Rollensegment 8a, bzw. der dieses tragende Innenrahmen, ist um eine Schwenkachse 23 verschwenkbar, die normal zur Zeichenebene verläuft. Die Schwenkachse 23 kann mit einer Drehachse einer Rolle 8b zusammenfallen, hier mit der Drehachse der oberen Rolle 8b, könnte aber selbstverständlich auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein. Durch das Verschwenken ändert sich der Rollenabstand beim unteren Rollenpaar des obersten Rollensegments 8a in Fig. 1, während der Rollenabstand des oberen Rollenpaars gleich bleibt. Dies ist nicht nachteilig, weil die Änderung des Rollenabstands durch das erfindungsgemäße Verfahren in der Regel nur im Bereich von wenigen Zehntel-Millimetern bis zu 2 mm liegt.
  • Nicht in Fig. 1 eingezeichnet sind etwaige Führungsrollen, die direkt mit der Kokille verbunden sind und oberhalb des obersten hier dargestellten Rollensegments 8a angeordnet wären. Diese Führungsrollen sind aber in der Regel nicht zueinander und normal zur Strangführungsrichtung verstellbar.
  • Alternativ zum Verschwenken könnte das linke oberste Rollensegment 8a, also etwa dessen Außenrahmen, fest sein und das rechte obere Rollensegment 8a, also etwa dessen Innenrahmen, normal zur Strangführungsrichtung zum linken Rollensegment 8a hin und von diesem weg parallel verschoben werden. Dadurch ändert sich der Rollenabstand aller Rollenpaare jeweils um den gleichen Betrag. Dies könnte ebenfalls mit einem oder mehreren (entlang der Strangbreite und/oder entlang der Strangführungsrichtung verteilte) hydraulischen Zylindern erfolgen.
  • In Fig. 2 ist nur eine Strangführung 8 dargestellt, welche die Strangführung 8 in Fig. 1 ersetzen oder auch - nach dem obersten Segment - ergänzen kann. In Fig. 2 hat in jedem der drei dargestellten Segmente jedes Rollensegment 8a auf jeder Seite drei Rollen 8b. Es könnten aber auch nur zwei oder mehr als drei Rollen 8b pro Rollensegment 8a sein. In Fortsetzung zu Fig. 1 sind hier die feste Strangschale 5 und der flüssige Kern 6 des Strangs bis zum Durcherstarrungspunkt D dargestellt. Entsprechend sind auch in allen Segmenten 8a bis zum Durcherstarrungspunkt D Verstellvorrichtungen 24 vorgesehen. Die Verstellvorrichtungen 24 können die Rollensegmente 8a jeweils durch Verschwenken oder durch Parallelverschieben verstellen, wie bereits bei Fig. 1 erläutert. In diesem Beispiel wird das innere Rollensegment 8a des ersten (obersten) Segments durch Verschwenken um die Schwenkachse 23 verstellt, das innere Rollensegment 8a des zweiten Segments durch Parallelverschieben mittels zweier Verstellvorrichtungen 24. Die Verbindung der Verstellvorrichtungen 24 zur Steuereinrichtung 11 ist hier nicht eingezeichnet.
  • Die Steuereinrichtung 11 implementiert - siehe Fig. 3 - unter anderem einen Gießspiegelregler 13. Dem Gießspiegelregler 13 wird die Höhe h des Gießspiegels 9 zugeführt. Dem Gießspiegelregler 13 wird weiterhin ein Sollwert h* für die Höhe h des Gießspiegels 9 zugeführt. Dem Gießspiegelregler 13 werden weiterhin weitere Signale zugeführt. Die weiteren Signale können beispielsweise die Breite und die Dicke des gegossenen Metallstranges 7 (bzw. allgemeiner der Querschnitt des Metallstranges 7), die Abzugsgeschwindigkeit v (oder deren Sollwert), 1 und andere mehr sein. Der Gießspiegelregler 13 ermittelt sodann anhand der Abweichung der Höhe h des Gießspiegels 9 von dem Sollwert h* insbesondere eine vorläufige Sollstellung p'* für die Zuflusseinrichtung 4. Die weiteren Signale kann der Gießspiegelregler 13 zu seiner Parametrierung und/oder zur Ermittlung eines Vorsteuersignals pV heranziehen.
  • Die Steuereinrichtung 11 implementiert weiterhin einen ersten Beobachter 14. Dem ersten Beobachter 14 werden die Höhe h des Gießspiegels 9 und deren Sollwert h*, die weiteren Signale und eine endgültige Sollstellung p* für die Zuflusseinrichtung 4 zugeführt. Der erste Beobachter 14 ermittelt einen ersten Kompensationswert k. Der erste Kompensationswert k wird auf die vorläufige Sollstellung p'* aufgeschaltet und so die endgültige Sollstellung p* ermittelt. Anhand der Abweichung der Iststellung p von der endgültigen Sollstellung p* wird dann die Stellgröße S ermittelt, mit der die Zuflusseinrichtung 4 angesteuert wird. In der Regel implementiert die Steuereinrichtung 11 hierzu einen unterlagerten Positionsregler (nicht dargestellt).
  • Der guten Ordnung halber sei nochmals betont, dass es sich bei dem ersten und zweiten Beobachter 14, 25 nicht um Personen handelt, sondern um in der Steuereinrichtung 11 implementierte Funktionsblöcke.
  • Die Differenz zwischen der vorläufigen Sollstellung p'* und der endgültigen Sollstellung p* korrespondiert mit dem vom ersten Beobachter 14 ermittelten ersten Kompensationswert k. Da der erste Kompensationswert k vom ersten Beobachter 14 ermittelt wird und dem ersten Beobachter 14 daher bekannt ist, kann dem ersten Beobachter 14 alternativ zur endgültigen Sollstellung p* auch die vorläufige Sollstellung p'* zugeführt werden. Denn aufgrund des Umstands, dass der erste Kompensationswert k dem ersten Beobachter 14 bekannt ist, kann der erste Beobachter 14 ohne weiteres aus der vorläufigen Sollstellung p'* die endgültige Sollstellung p* ermitteln. Ein Abgreifpunkt 15, an dem die (vorläufige oder endgültige) Sollstellung p'*, p* abgegriffen wird, kann somit nach Bedarf vor oder nach einem Knotenpunkt 16 liegen, an dem der erste Kompensationswert k auf die vorläufige Sollstellung p'* aufgeschaltet wird. Der Abgreifpunkt 15 sollte jedoch vor einem Knotenpunkt 16' liegen, an dem das Vorsteuersignal pV aufgeschaltet wird.
  • Der erste Beobachter 14 weist einen Ermittlungsblock 17 auf. Dem Ermittlungsblock 17 werden die Höhe h des Gießspiegels 9, die weiteren Signale und die endgültige Sollstellung p* zugeführt. Der Ermittlungsblock 17 weist ein Modell der Stranggießanlage auf. Mittels des Modells ermittelt der Ermittlungsblock 17 anhand der weiteren Signale und der endgültigen Sollstellung p* eine erwartete (d.h. modellgestützt berechnete) Höhe für den Gießspiegel 9. Anhand der erwarteten Höhe ermittelt der Ermittlungsblock 17 sodann einen erwarteten (d.h. modellgestützt berechneten) Schwankungswert δh für die Höhe h des Gießspiegels 9, das heißt die kurzfristige Schwankung. Beispielsweise kann der Ermittlungsblock 17 eine Mittelung der Höhe h des Gießspiegels 9 vornehmen und den sich ergebenden Mittelwert von der erwarteten Höhe subtrahieren. Der ermittelte Schwankungswert δh spiegelt somit die erwartete Schwankung der Höhe h des Gießspiegels 9 wider. Anhand des Schwankungswerts δh ermittelt der Ermittlungsblock 17 sodann den ersten Kompensationswert k.
  • Die bisher in Verbindung mit Fig. 3 erläuterte Vorgehensweise entspricht der Vorgehensweise des Standes der Technik. Sie wird auch bei dieser Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ergriffen. In Fig. 4 ist nochmals der erste Beobachter 14 mit dem Ermittlungsblock 17 dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Ermittlungsblock 17 entsprechend der Darstellung in Fig. 4 jedoch lediglich einer von mehreren Bestandteilen des ersten Beobachters 14. So weist der erste Beobachter 14 beispielsweise zusätzlich ein erstes Analyseelement 18 auf. Dem ersten Analyseelement 18 wird der Schwankungswert δh zugeführt. Das erste Analyseelement 18 ermittelt daraus die Frequenzanteile des Schwankungswerts δh. Vorzugsweise ist zusätzlich auch ein zweites Analyseelement 19 vorhanden. Dem zweiten Analyseelement 19 wird ein Zusatzsignal Z zugeführt. Das zweite Analyseelement 19 ermittelt daraus die Frequenzanteile des Zusatzsignals Z.
  • Bei dem Zusatzsignal Z kann es sich um eine Auszugskraft F handeln, mit der der Metallstrang 7 von den Rollen 8b der Strangführung 8 aus der Kokille 1 ausgezogen wird. Die Auszugskraft F ist parallel zur Abzugsgeschwindigkeit v gerichtet. Alternativ kann es sich um die Abzugsgeschwindigkeit v selbst handeln. Diese beiden Alternativen sind bevorzugt. Es ist jedoch ebenso möglich, als Zusatzsignal Z beispielsweise ein Kraftsignal F' heranzuziehen, mit dem (mindestens) eines der Rollensegmente 8a der Strangführung 8 beaufschlagt wird. Die Richtung, auf die das Kraftsignal F' bezogen ist, ist orthogonal zur Abzugsgeschwindigkeit v. Wiederum alternativ kann es sich bei dem Zusatzsignal Z um eine lokale Strangdicke d handeln, die mittels einer Messeinrichtung 21 (siehe Fig. 1) in der Strangführung 8 gemessen wird. Das erste Analyseelement 18 führt die von ihm ermittelten Frequenzanteile einem Auswahlglied 22 zu. Falls vorhanden, gilt dies in analoger Weise auch für das zweite Analyseelement 19. Das Auswahlglied 22 ermittelt in Verbindung mit der Abzugsgeschwindigkeit v die zugehörigen Wellenlängen, die mit den Frequenzanteilen des Schwankungswerts δh und gegebenenfalls auch des Zusatzsignals Z korrespondieren. Die Abzugsgeschwindigkeit v wird zu diesem Zweck dem ersten Beobachter 14 und innerhalb des ersten Beobachters 14 dem Auswahlglied 22 zugeführt. Das Auswahlglied 22 ermittelt die Wellenlängen, bei denen der zugehörige Frequenzanteil des Schwankungswertes δh gegebenenfalls auch der zugehörige Frequenzanteil des Zusatzsignals Z oberhalb eines Schwellenwertes S1, S2 liegt. Der jeweilige Schwellenwert S1, S2 kann individuell für die Frequenzanteile des Schwankungswertes δh einerseits und die Frequenzanteile des Zusatzsignals Z andererseits bestimmt sein. Diese Wellenlängen werden vom Auswahlglied 22 vorselektiert. Innerhalb jeweils in sich zusammenhängender Bereiche von vorselektierten Wellenlängen des Schwankungswerts δh bestimmt das Auswahlglied 22 sodann diejenigen Wellenlängen λi (i = 1, 2, 3, ...), bei denen der jeweilige Frequenzanteil des Schwankungswerts δh ein Maximum annimmt. Die Anzahl an Wellenlängen λi ist nicht beschränkt. Diese Wellenlängen λi selektiert das Auswahlglied 22 (endgültig). Die selektierten Wellenlängen λi führt das Auswahlglied 22 dem Ermittlungsblock 17 zu. Der Ermittlungsblock 17 führt für die vom Auswahlglied 22 selektierten Wellenlängen λi eine Filterung der Höhe h des Gießspiegels 9 und der endgültigen Sollstellung p* durch. Den ersten Kompensationswert k ermittelt der Ermittlungsblock 17 lediglich anhand der gefilterten Höhe h des Gießspiegels 9 und der gefilterten endgültigen Sollstellung p*. Die anderen Frequenzanteile der Höhe h des Gießspiegels 9 und der endgültigen Sollstellung p* lässt der Ermittlungsblock 17 im Rahmen der Ermittlung des ersten Kompensationswerts k unberücksichtigt. Dem Auswahlglied 22 können weiterhin vorbestimmte Wellenbereiche vorgegeben sein. In diesem Fall stellen die vorbestimmten Wellenbereiche ein zusätzliches Auswahlkriterium dar. Insbesondere werden Wellenlängen, bei denen der zugehörige Frequenzanteil des Schwankungswertes δh gegebenenfalls auch der zugehörige Frequenzanteil des Zusatzsignals Z oberhalb des jeweiligen Schwellenwertes S1, S2 liegt, nur dann selektiert, wenn sie zusätzlich innerhalb eines der vorbestimmten Wellenlängenbereiche liegen. Anderenfalls werden sie auch dann nicht selektiert, wenn der zugehörige Frequenzanteil des Schwankungswertes δh gegebenenfalls auch der zugehörige Frequenzanteil des Zusatzsignals Z oberhalb des jeweiligen Schwellenwertes S1, S2 liegt.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, weist der zweite Beobachter 25 identische Bestandteile wie der erste Beobachter 14 auf, analysiert Frequenzen des Strangpumpens nach der Kokille 1 und gibt einen zweiten Kompensationswert k' für die Verstellvorrichtung 24 vor, nämlich den Kompensationswert für den Sollwert SET des Rollenabstands. Dieser Sollwert SET ist ein statischer Sollwert, der in der Regel der gewünschten Strangdicke entspricht. In Fig. 5 ist ein Kontrollkreis dargestellt, der einen ersten und einen zweiten Beobachter 14, 25 umfasst. Der erste Beobachter 14 gibt einen ersten Kompensationswert k für die Zuflusseinrichtung 4 der Kokille 1 vor, wodurch der Gießspiegel 9 in der Kokille 1 geregelt wird. Vereinfacht gesagt stellen der erste Beobachter 14 und die Zuflusseinrichtung 4 der Kokille 1 zusammen ein Standard-System zur Regelung des Gießspiegels 9 der Kokille 1 dar, welches für die Kompensation von Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich verwendet wird und stellt somit einen Controller 27 für Frequenzen des ersten Frequenzbereichs dar. Der zweite Beobachter 25, der mit der Verstellvorrichtung 24 verbunden ist, stellt einen Controller 26 für Frequenzen des zweiten Frequenzbereichs dar und gibt einen zweiten Kompensationswert k' vor.
  • Dieser zweite Kompensationswert k' wird dem Regler 28 für die Rollenanstellung zugeführt, der aus einem Sollwert SET und einem Istwert ACT ein Stellsignal 29 für den Rollenabstand berechnet und dieses Stellsignal 29 an die Verstellvorrichtung 24 leitet. Zusätzlich wird der Istwert ACT nun auch an den zweiten Beobachter 25 geleitet, der diesen bei der Berechnung des zweiten Kompensationswerts k' berücksichtigt.
  • Statt des ersten Beobachters 14, der die Zuflusseinrichtung 4 der Kokille 1 steuert bzw. regelt, könnte ein anderes Regelverfahren vorgesehen sein.
  • Es könnte auch nur ein einziges Regelverfahren vorgesehen sein, dass nur die Verstellvorrichtung 24 der Rollen 8b steuert bzw. regelt, während die Zuflusseinrichtung 4 der Kokille 1 gar nicht zum Ausregeln der Schwankungen des Gießspiegels verwendet wird. Dieses einzige Regelverfahren könnte der zweite Beobachter 25 sein. Dabei würde der zweite Beobachter 25 in der Regel einen größeren Frequenzbereich abdecken als bei zwei Regelverfahren. Dieser Frequenzbereich könnte dann z.B. die Frequenzen von 0 bis 0,6 Hz, von 0 bis 1 Hz, von 0 bis 2 Hz, von 0 bis 3 Hz, von 0 bis 4 Hz oder von 0 bis 5 Hz abdecken.
  • Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Unterdrückung von zyklischen Schwingungen. Entlang der waagrechten Achse ist die Zeit t aufgetragen. Entlang der senkrechten Achse ist in der ersten (obersten) Darstellung die Position der Zuflusseinrichtung 4, beschriftet mit "Pos (4)" dargestellt, in der zweiten Abbildung die Höhe des Gießspiegels 9 in der Kokille 1, beschriftet mit "M_L", und in der dritten Abbildung der Stahlfluss im Strang, beschriftet mit "St_Fl". Zum besseren Verständnis ist die Regelung "Comp" zum Zeitpunkt t=0 noch deaktiviert und wird dann eingeschaltet, was in der letzten Abbildung mit den Zuständen "0" für die deaktivierte Regelung und "1" für die aktivierte Regelung dargestellt ist. In den ersten drei Darstellungen ist gut erkennbar, dass sich sowohl die Position der Zuflusseinrichtung 4 zyklisch ändert, als auch die Höhe des Gießspiegels 9 und in der Folge auch der Stahlfluss aus der Kokille 1. Mit dem Aktivieren der Regelung, hier durch Änderung der Position "Pos (4)" der Zuflusseinrichtung 4, werden die zyklischen Schwankungen des Gießspiegels "M_L" verringert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren würde man zum Verringern der Schwankungen des Gießspiegels zusätzlich oder alternativ zur Änderung der Position "Pos (4)" der Zuflusseinrichtung 4 entsprechend den gegenseitigen Abstand der Rollen 8b im obersten Segment zyklisch verändern.
  • Die Fig. 7 bis 10 enthalten jeweils zwei Abbildungen: Die obere Abbildung zeigt den zeitlichen Verlauf des Gießspiegels 9, wobei der Gießspiegel 9 im Idealfall der waagrechten Mittellinie folgt. Die untere Abbildung zeigt mit der punktierten Linie den zeitlichen Verlauf vom Istwert ACT des Rollenabstands, mit der strichlierten Linie den zeitlichen Verlauf des mit dem Modell des Beobachters vorausberechneten Rollenabstands EST und mit der durchgehenden Linie den zeitlichen Verlauf des mit dem zweiten Kompensationswert k' korrigierten Sollwerts SET des Rollenabstands. Der Sollwert SET des Rollenabstands entspricht im Wesentlichen der gewünschten Strangdicke d. Zu diesem wird der zweite Kompensationswert k' dazugegeben und das daraus resultierende Signal kann dann als Stellsignal 29 für den Rollenabstand herangezogen werden. Der Sollwert SET des Rollenabstands ist somit ein statischer Wert, der durch den sich, in der Regel periodisch, verändernden zweiten Kompensationswert k', folglich in der Regel ebenfalls periodisch, verringert und erhöht wird. Das Signal, das durch Aufschalten des zweiten Kompensationswert k' auf den statischen Sollwert SET entsteht, ist damit gleichsam der endgültige Sollwert.
  • Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel 9, wenn der Rollenabstand nicht verändert wird. Der Gießspiegel 9 verändert seine Höhe periodisch, wenn der Istwert ACT des Rollenabstands, der vorausberechnete Rollenabstand EST und der endgültige Sollwert des Rollenabstands konstant bleiben, insbesondere also auf den statischen Sollwert SET kein zweiter Kompensationswert k' aufgeschaltet wird. Die Verstellvorrichtung 24 ändert hier also die Rollenanstellung nicht.
  • Fig. 8 zeigt den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel 9, wenn der Rollenabstand den Gießspiegel 9 ideal konstant hält. Dazu muss der zweite Kompensationswert k', der auf den Sollwert SET des Rollenabstands aufgeschaltet wird, mit der gleichen Frequenz wie der ungeregelte Gießspiegel 9 (Fig. 7) und in der Regel mit einer entsprechenden Phasenverschiebung zum Gießspiegel 9 verändert werden, wodurch sich ein gemeinsamer Verlauf von vorausberechnetem Rollenabstand EST und Istwert ACT des Rollenabstands ergibt, welcher gemeinsame Verlauf die gleiche Frequenz hat wie der Sollwert SET plus zweiter Kompensationswert k', aber nur phasenverschoben zum Sollwert SET plus zweitem Kompensationswert k' ist. Die tatsächliche Rollenanstellung entspricht somit dem vorausberechneten Rollenabstand EST.
  • Fig. 9 zeigt den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn der tatsächliche Rollenabstand ein ungewöhnliches Verhalten zeigt. Trotz Regelung auf Basis des Sollwerts SET plus zweitem Kompensationswert k' ergibt sich eine periodische Schwankung des Gießspiegels 9. Das heißt, es wird alles so gemacht wir zuvor in Fig. 8, aber das Ergebnis ist ein anderes, weil sich die Rollen 8b unerwartet verhalten. Es zeigt sich daher in Fig. 9 sowohl ein Unterschied in der Phase als auch in der Amplitude zwischen Istwert ACT des Rollenabstands und vorausberechnetem Rollenabstand EST.
  • Fig. 10 zeigt den zeitlichen Verlauf von Rollenabstand und Gießspiegel, wenn das das ungewöhnliche Verhalten des Rollenabstands aus Fig. 9 ideal ausgeglichen wird. Durch die Rückführung des aktuellen Werts ACT an den zweiten Beobachter 25 kann dieser den zweiten Kompensationswert k' so anpassen, dass auch dieses ungewöhnliche Verhalten ausgeglichen wird. Man sieht, dass dazu die Phase des Sollwerts SET plus zweitem Kompensationswert k' gegenüber Fig. 9 verschoben werden muss, damit der Gießspiegel 9 wieder ideal ausgeglichen ist.
  • Typische Strangdicken d beim Dünnbrammengießen liegen um die 100mm, typische Gießgeschwindigkeiten liegen zwischen 2 und 6 m/min. Die über längere Abschnitte der Strangführung in Transportrichtung konstante Rollenteilung liegt typischer Weise im Bereich um 200mm. Aus Gießgeschwindigkeit und Rollenteilung ergeben sich dann die Frequenzen der Grundwelle und der harmonischen Oberwellen der Schwingungen des Gießspiegels, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung auszugleichen sind.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Kokille
    1a
    Wände der Kokille
    2
    Tauchrohr
    3
    flüssiges Metall
    4
    Zuflusseinrichtung
    5
    Strangschale
    6
    Kern
    7
    Metallstrang
    8
    Strangführung
    8a
    Rollensegmente
    8b
    Rollen
    9
    Gießspiegel
    10
    Messeinrichtung
    11
    Steuereinrichtung
    12
    Verstelleinrichtung
    13
    Gießspiegelregler
    14
    erster Beobachter
    15
    Abgreifpunkt
    16, 16'
    Knotenpunkte
    17
    Ermittlungsblock
    18, 19
    Analyseelemente
    20
    Temperatursensor
    21
    Messeinrichtung
    22
    Auswahlglied
    23
    Schwenkachse
    24
    Verstellvorrichtung
    25
    zweiter Beobachter
    26
    Controller für Frequenzen des 2. Frequenzbereichs
    27
    Controller für Frequenzen des 1. Frequenzbereichs
    28
    Regler für Rollenanstellung
    29
    Stellsignal für Rollenabstand
    ACT
    Istwert des Rollenabstands
    D
    Durcherstarrungspunkt
    d
    Strangdicke
    EST
    vorausberechneter Rollenabstand
    F
    Auszugskraft
    F'
    Kraftsignal
    h
    Höhe des Gießspiegels
    h*
    Sollwert für die Höhe des Gießspiegels
    k
    erster Kompensationswert
    k'
    zweiter Kompensationswert
    p
    Stellung der Zuflusseinrichtung
    p*, p'*
    Sollstellungen
    pV
    Vorsteuersignal
    S
    Stellgröße für die Zuflusseinrichtung 4
    SET
    Sollwert des Rollenabstands
    S1, S2
    Schwellenwerte
    T
    Temperatur
    v
    Abzugsgeschwindigkeit
    Z
    Zusatzsignal
    δh
    Schwankungswert

Claims (8)

  1. Verfahren zum Regeln einer Stranggießanlage,
    - wobei die Stranggießanlage eine Kokille (1) und eine der Kokille (1) nachgeordnete Strangführung (8) aufweist,
    - wobei in die Kokille (1), insbesondere über eine Zuflusseinrichtung (4), flüssiges Metall (3) gegossen wird, das an Wänden (1a) der Kokille (1) erstarrt, so dass sich ein Metallstrang (7) mit einer erstarrten Strangschale (5) und einem noch flüssigem Kern (6) bildet,
    - wobei der Metallstrang (7) mittels beabstandet angeordneter Rollen (8b) der Strangführung (8) aus der Kokille (1) ausgezogen wird,
    - wobei eine Messgröße ermittelt wird, die mit der Schwankung des sich in der Kokille ausbildenden Gießspiegels korreliert, diese Messgröße unter Einbindung von zumindest einer Rechenvorschrift verarbeitet und zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels (9) herangezogen wird,
    - wobei zur Verringerung der Schwankungen des Gießspiegels der gegenseitige Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen (8b) der Strangführung vor dem Durcherstarrungspunkt (D) zyklisch geändert wird, nämlich durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels (9) gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen (8b) der Strangführung (8),
    - wobei Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels (9) detektiert werden und zumindest ein Beobachter (25) vorgesehen ist, der basierend darauf einen Kompensationswert (k') für einen Sollwert (SET) des Rollenabstands der Rollen (8b) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass als eine der Eingangsgrößen für diesen Beobachter (25) der Istwert (ACT) des Rollenabstands verwendet wird, um eine Phasenverschiebung und/oder Amplitude des Istwerts (ACT) des Rollenabstands zu kompensieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklischen Änderungen in einem Frequenzbereich bis zu größer gleich 0,6 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, liegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Strangführung (8) beidseitig mehrere Rollensegmente (8a) mit jeweils einer oder mehreren Rollen (8b) angeordnet sind, wobei zumindest das der Kokille (1) am nächsten liegende innere Rollensegment (8a) normal zur Strangführungsrichtung um die Drehachse einer Rolle dieses Rollensegments, die der Kokille (1) am nächsten liegt, verschwenkt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels (9) in einem Frequenzbereich von 0 bis 5Hz detektiert und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Änderung des Rollenabstands von Rollen (8b) der Strangführung (8) ausgeglichen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels (9) in einem ersten Frequenzbereich detektiert werden und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Bewegungen der Zuflusseinrichtung (4) ausgeglichen werden, weitere Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels in einem zweiten Frequenzbereich detektiert und die Schwankungen mittels zyklisch gegenläufiger Änderung des Rollenabstands von Rollen (8b) der Strangführung (8) ausgeglichen werden, wobei der zweite Frequenzbereich über dem ersten Frequenzbereich liegt,
    - dass ein erster Beobachter (14) vorgesehen ist, der einen ersten Kompensationswert (k) für eine Sollstellung der Zuflusseinrichtung (4) auf Basis von Frequenzen des ersten Frequenzbereichs ermittelt,
    - dass ein zweiter Beobachter (25) vorgesehen ist, der einen zweiten Kompensationswert (k') für einen Sollwert (SET) des Rollenabstands der Rollen (8b) der Strangführung auf Basis von Frequenzen des zweiten Frequenzbereichs ermittelt, wobei als eine der Eingangsgrößen für diesen zweiten Beobachter (25) der Istwert (ACT) des Rollenabstands verwendet wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, umfassend Mittel zur Einbringung einer Metallschmelze in eine Kokille (1), eine Strangführung (8) umfassend Rollen (8b), eine Messeinrichtung (10) zur Messung von Schwankungen des Gießspiegels, die mit einer Steuereinrichtung (11) verbunden ist,
    - wobei eine mit der Steuereinrichtung (11) verbundene Verstellvorrichtung (24) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist Schwankungen des Gießspiegels (9) durch zyklische, den Schwankungen des Gießspiegels gegenläufige Änderung des Rollenabstands von einander gegenüberliegenden Rollen (8b) der Strangführung (8) zu verringern, insbesondere auszugleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) zumindest einen Beobachter (25) umfasst, der so ausgebildet ist, dass basierend auf Frequenzen der Schwankungen des Gießspiegels (9) ein Kompensationswert (k') für einen Sollwert (SET) des Rollenabstands der Rollen (8b) ermittelt wird und als eine der Eingangsgrößen für diesen Beobachter (25) der Istwert (ACT) des Rollenabstands verwendet wird, um eine Phasenverschiebung und/oder Amplitude des Istwerts (ACT) des Rollenabstands zu kompensieren.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (24) für zyklische Änderungen des Rollenabstands in einem Frequenzbereich bis zu größer gleich 0,6 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, ausgelegt ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Strangführung (8) beidseitig mehrere Rollensegmente (8a) mit jeweils einer oder mehreren Rollen (8b) angeordnet sind, wobei zumindest das der Kokille (1) am nächsten liegende innere Rollensegment (8a) mittels der Verstellvorrichtung (24) normal zur
    Strangführungsrichtung um die Drehachse einer Rolle dieses Rollensegments, die der Kokille (1) am nächsten liegt, verschwenkbar ist.
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