EP4454783A1 - Verfahren zur optimierung der ausgangstemperaturen einer metallschmelze wenigstens an primär- und sekundäraggregaten eines schmelzbetriebs mit umlaufenden giesspfannen - Google Patents

Verfahren zur optimierung der ausgangstemperaturen einer metallschmelze wenigstens an primär- und sekundäraggregaten eines schmelzbetriebs mit umlaufenden giesspfannen Download PDF

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EP4454783A1
EP4454783A1 EP24158082.8A EP24158082A EP4454783A1 EP 4454783 A1 EP4454783 A1 EP 4454783A1 EP 24158082 A EP24158082 A EP 24158082A EP 4454783 A1 EP4454783 A1 EP 4454783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ladle
temperatures
casting
melting operation
primary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24158082.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schmidt
Michael Bruns
Uwe Plociennik
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.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4454783A1 publication Critical patent/EP4454783A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D46/00—Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangement of monitoring devices; Arrangement of safety devices
    • F27D21/0014—Devices for monitoring temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the initial temperatures of a metal melt at least in primary and secondary units of a melting plant with rotating pouring ladles.
  • the invention relates to a computer program for carrying out the method according to the invention.
  • a melting operation of a metallurgical plant comprises a primary unit in which a tapping of a molten metal takes place. A ladle is thus filled with the molten metal at the primary unit.
  • the melting operation also comprises at least one secondary unit.
  • the secondary metallurgy carried out in the secondary unit includes, for example, material additions, vacuum treatment, chemical or electrical heating, temperature measurements, ladle rinsing or the like.
  • the melting operation also comprises delivery to a casting operation, wherein the molten metal contained in a ladle is delivered to a subsequent production plant, for example via an intermediate container into the mold of a continuous casting plant.
  • the melting operation can also comprise further stations, such as, for example, ladle emptying, ladle maintenance, refractory lining and/or ladle heating.
  • the individual stations of the melting operation are each assigned an input target temperature and/or an output target temperature.
  • the input target temperatures and output target temperatures depend on the material quality to be produced and, if applicable, the respective casting sequence of the casting operation.
  • it is essential that the molten metal is within a specified temperature range, particularly in the casting operation.
  • the temperature of the molten metal depends on many factors, such as the starting temperature at the primary unit, temperature changes in the at least one secondary unit, casting parameters in the casting operation, transport and waiting times between the individual stations of the melting operation, ladle temperature at the primary unit, thermal ladle condition, any existing ladle cover and its condition and comparable external influences on the temperature of the molten metal.
  • Input and output target temperatures are specified for the individual stations of the melting operation based on a production plan.
  • these are static values that do not take into account the thermal state of a ladle, for example. This is estimated, for example, by an operator who adds an offset to the specified input and output target temperatures in order to take the state of the ladle into account.
  • deviations can occur in the melting operation process that are not taken into account or have to be recorded manually. The deviations in the melting operation process relate, for example, to changes in the pouring speed in the casting operation, changed transport and waiting times for pouring ladles, breakdowns of units, defective ladle covers, or the like.
  • the invention is therefore based on the object of optimizing the process in a melting plant, in particular when changes occur in the plant and/or aggregate state or in the process flow.
  • the planning data is based on a given production plan and contains the essential parameters for the individual stations of the melting plant and the casting plant for each ladle in the melting plant.
  • the planning data therefore implements the given production plan in the melting plant.
  • the process flow in the melting operation and the casting operation is monitored.
  • the monitoring includes, for example, a measurement of the melt analysis and the melt temperature, a determination of the current position for each pouring ladle in the melting operation or other essential parameters for the process flow in the melting operation, such as transport and waiting times for pouring ladles, irregularities with regard to the stations of the melting operation, and the like.
  • the method according to the invention is based in particular on the step of creating a model for determining and predicting temperatures of the molten metal in the ladles and temperatures of the ladle bodies for each ladle of the Melting operation.
  • a model is used to predict the temperature of a molten metal in a ladle and also the temperature of the ladle body at the individual stations of the melting operation. The prediction is based on the planning data provided and the monitoring of the process flow in the melting operation.
  • the prediction is adjusted. By continuously monitoring the process flow in the melting operation and identifying deviations from the planned data, the prediction is always updated when deviations occur. This means that changes in the process flow in the melting operation are automatically identified and taken into account in the model's prediction.
  • target inlet temperatures and/or target outlet temperatures are determined for at least the primary and secondary units of the melting shop and for each ladle of the melting shop. If the molten metal in the respective ladle complies with the target inlet temperatures and/or target outlet temperatures predicted by the model for at least the primary and secondary units of the melting shop, the products required according to the production plan can be manufactured in the metallurgical plant.
  • the output temperatures of at least the primary and/or secondary units of the melting operation are adjusted.
  • the discharge temperature of the molten metal to the ladle can be adjusted so that the molten metal complies with the input target temperature of the first secondary unit, in particular taking into account transport and waiting times, heat losses, the thermal state of the ladle and the like. If the aforementioned variables are taken into account, a corresponding Initial target temperature for the upstream station of the melting operation. This is preferably done in advance for all pouring ladles of the melting operation, regardless of their current location within the melting operation.
  • the chemical or electrical heating can be adjusted in order to adjust the initial temperature of the molten metal for the secondary unit.
  • the starting temperature of the primary unit is the temperature of the molten metal in the primary unit at the start of tapping.
  • the starting temperature of secondary units is the temperature of the molten metal in the ladle at the end of treatment.
  • the inlet temperature of a secondary unit is the temperature of the molten metal in the ladle at the start of treatment and the inlet temperature of the pouring operation is the temperature of the molten metal in the ladle when the ladle is opened for pouring.
  • the process flow in the melting and casting operations is continuously monitored. Based on the monitoring, a model is created to predict the process flow in the melting operation. If the process flow deviates from the specified planning data, the model's prediction is adjusted and, on this basis, corresponding input target temperatures and output target temperatures are determined for the stations in the melting operation. The output temperatures of the stations are then adjusted so that the actual input temperatures and output temperatures of the process in the melting operation meet the input target temperatures and output target temperatures. This is preferably done continuously and for each pouring ladle in the melting operation.
  • the method according to the invention can take into account changes in the sequence length in the casting process by specifying changed delivery temperatures to the casting operation.
  • the planning data include: transport and waiting times, secondary metallurgical treatments, specifications for the delivery temperature and the delivery time of the molten metal in a pouring ladle to the casting plant, or the like.
  • the model takes into account the thermal state and the contact time between the melt and the ladle body of each individual ladle when determining and predicting temperatures of the molten metal in the ladles and temperatures of the ladle bodies.
  • the thermal state of a ladle is determined in particular from the history of the use of the ladle in the melting operation, so that the use of the ladles in the melting operation is monitored and stored in order to derive the thermal state of the individual ladles in the melting operation.
  • the model determines the temperatures of the molten metal in the pouring ladles and temperatures of the ladle bodies for each ladle of the melting operation in real time and makes a corresponding prediction. In particular, corrections based on measured temperatures are taken into account.
  • the temperature profile for each ladle of the melting operation can be mapped in order to maintain the input target temperatures and output target temperatures for the stations of the melting operation.
  • the model is based on a simulation of the process flow in the melting operation. Artificial intelligence, neural networks or comparable algorithms can also be used.
  • the simulation is based on self-learning algorithms, so that the accuracy of the simulation used to create the model is continuously improved.
  • the method comprises adjusting the output temperature of the primary and/or secondary units of the melting operation by adjusting the heat supply in the primary and/or secondary units to maintain the determined input target temperatures and/or output target temperatures for the subsequent secondary units of the melting operation and/or the subsequent casting operation.
  • the method comprises updating the plan data relating to the stations of the melting operation for each ladle of the melting operation, in particular in the event of changes in the casting operation, failure of units, failure of casting strands, changes in temperatures or transport and waiting times. If the aforementioned changes cannot be compensated for by adjusting the output temperatures of at least the primary and/or secondary units of the melting operation in order to ensure compliance with the specific input target temperatures and/or output target temperatures for the subsequent secondary units of the melting operation and for the casting operation, the plan data is updated in order to continue with other production processes.
  • the model when determining the target inlet temperatures and/or target outlet temperatures, at least for the primary and/or secondary units of the melting operation, takes into account compliance with permissible pouring temperatures from the opening to the closing of a pouring ladle on the basis of the expected pouring time and the expected heat dissipation from the pouring ladle to the entry into the mold with any intermediate container present, in particular compliance with a target pouring temperature until the end of pouring.
  • the heat losses between the pouring ladle and the mold inlet are determined by models or temperature measurements and their results are made available cyclically for further use.
  • determining the output target temperatures of at least the primary and/or secondary units of the Melting operation for a ladle determines the current location of the ladle in the melting operation, whereby only the initial target temperatures for the subsequent primary and/or secondary units are adjusted.
  • the method only determines an adjustment of the initial target temperature for subsequent stations in the melting operation, since the initial target temperatures for the previous stations can no longer be implemented.
  • the method comprises forwarding the predicted temperature of the molten metal in a ladle to the casting operation when adjustment of the initial temperature of primary and/or secondary units is no longer possible.
  • the casting operation can take the predicted temperature into account and make adjustments to avoid or at least reduce problems.
  • the temperatures of the molten metal in the pouring ladles and the temperatures of the ladle bodies for empty ladles in the melting operation are predicted based on the ladle heat state and the planning data until arrival at the first secondary unit after the next tapping of the primary unit.
  • Stations of the melting operation after the ladle has been emptied and before the primary unit include, for example, ladle maintenance, refractory lining and/or ladle heating.
  • the empty ladle is filled with molten metal and then passed on to the first secondary unit.
  • the method according to the invention comprises setting an initial target temperature for the primary unit.
  • the model takes into account in the prediction: tapping jet losses, material additions, vacuum treatment, electrical/chemical heating, rinsing of pouring ladles, covering of pouring ladles, heating of empty pouring ladles or other influences on the temperatures of the molten metal in the pouring ladles and temperatures of the ladle bodies.
  • the adjustment of the initial target temperatures of at least the primary and/or secondary units of the melting operation only takes place when a tolerance value is exceeded. This avoids unnecessary adjustments.
  • the tolerance value is selected in such a way that adjustments are only carried out when the adjustments have an actual positive effect.
  • the model additionally creates an energy optimization of the melting operation, in particular at which stations of the melting operation an adjustment of the output temperatures of at least the primary and/or secondary units of the melting operation takes place.
  • the method therefore takes into account at which station the temperature of the melt is adjusted in order to achieve the required output temperatures and at the same time minimize the energy required.
  • the model determines input target temperatures and/or output target temperatures at least for the primary and secondary units of the melting operation and for each pouring ladle of the melting operation.
  • the method comprises generating a warning message for production planning when the model detects that a permissible casting temperature is not reached during the casting operation, in particular including the time at which the casting temperature is expected to be below the limit. For example, a casting process can be aborted based on the warning message in order to avoid damage or disruptions in a subsequent production step due to the casting temperature being too low.
  • the method comprises generating a warning message for production planning if the residence time in the corresponding secondary unit is extended by adjusting the output temperatures of at least one secondary unit.
  • the model calculates a continuous temperature profile for the melt, the ladle bodies and any existing ladle covers in real time on the basis of a current production plan.
  • the calculation is carried out in particular for each ladle in the melting operation. This enables continuous monitoring and adjustment of the temperatures in the melting operation, in particular temperatures of the molten metal in the individual ladle, temperatures of the individual ladle and the like.
  • the method comprises evaluating the suitability of a ladle body for a planned tapping on the basis of the ladle heat state, wherein the ladle heat state is measured and/or derived from the model. If the ladle heat state is too low, the initial target temperature of the primary unit is increased by the calculated temperature difference that is to be expected for the colder ladle.
  • the object is further achieved according to the invention by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a melting plant 1 with several stations and rotating pouring ladles 2.
  • the several stations comprise according to the in Fig. 1
  • a primary unit 3 n secondary units 4, delivery to a casting plant 5, ladle emptying 6, ladle maintenance 7, refractory lining 8 and ladle heating 9.
  • the casting ladles 2 pass through the individual stations of the melting plant 1 sequentially, with the exception of the ladle maintenance 7 and refractory lining 8, which pass through alternately to one another.
  • At least the primary unit 3, the secondary units 4 and the casting plant 5 are each assigned an input target temperature and/or an output target temperature, which depend on the material quality to be produced and possibly the respective casting sequence of the casting plant 5.
  • the aim is to adapt the delivery temperatures of the molten metal to the primary unit 3 and the secondary units 4 in a melting plant 1 with rotating pouring ladles 2 with regard to the thermal state of the respective pouring ladle 2 used and deviations from the planned process sequence.
  • planning data for the process route for each pouring ladle 2 used.
  • these also include specifications regarding the delivery temperature and delivery time of the molten metal to the casting plant 5, which result from the material quality to be produced and, in the case of subsequent continuous casting, from the planning of the respective casting sequence.
  • the temperature losses of the molten metal contained via the ladle body depend, among other things, on the thermal state of the pouring ladle 2 used and the contact time between the melt and the ladle body.
  • Fig. 2 shows a flow chart of an embodiment of a method 10 according to the invention for optimizing the initial temperatures of a metal melt at at least one primary unit 3 and at least one secondary unit 4 of a melting plant 1 with rotating pouring ladles 2.
  • the planning data include in particular transport and waiting times, secondary metallurgical treatments, specifications for the delivery temperature and the delivery time of the molten metal in a pouring ladle 2 to the casting plant 5, or the like.
  • the created 14 model takes into account the thermal state and the contact time between the melt and the ladle body of each individual ladle 2 when determining and predicting the temperatures of the molten metal in the ladles 2 and the temperatures of the ladle bodies.
  • the model determines and predicts For example, the temperatures of the molten metal in the ladles 2 and the temperatures of the ladle bodies for each ladle 2 of the melting plant 1 are predicted in real time, taking into account in particular corrections based on measured temperatures.
  • the model is conveniently based on a simulation of the process flow in melting shop 1.
  • the model can take into account compliance with permissible pouring temperatures from the opening to the closing of a pouring ladle 2 on the basis of the expected pouring time and expected heat dissipation until the mold enters (e.g. via an intermediate container that may be present), in particular compliance with a target pouring temperature until the end of pouring.
  • the model may take into account tapping stream losses, material additions, vacuum treatment, electrical/chemical heating, rinsing of pouring ladles 2, covering of pouring ladles 2, heating of empty pouring ladles 2 or other influences on the temperatures of the molten metal in the pouring ladles 2 and temperatures of the ladle bodies in the prediction.
  • the adjustment 17 of the output temperature of the primary and/or secondary units 3, 4 of the melting operation 1 is carried out by adjusting the heat supply in the primary and/or secondary units 3, 4 in order to maintain the specific input target temperatures and/or output target temperatures for the subsequent secondary units 4 of the melting operation 1 and for the casting operation 5.
  • the method 10 according to the invention can further comprise the step of updating the plan data relating to the stations of the melting operation 1 for each ladle 2 of the melting operation 1, in particular in the event of changes in the casting operation 5, failure of units 3, 4, changed temperatures or transport and waiting times.
  • the determination 16 of the initial target temperatures of at least the primary and/or secondary units 3, 4 of the melting operation 1 for a ladle 2 expediently takes into account the current location of the ladle 2 in the melting operation 1 and adapts the initial target temperatures for the subsequent primary and/or secondary units 3, 4.
  • the method 10 according to the invention can further comprise forwarding the predicted temperature of the molten metal in a ladle 2 to the casting operation 5 when adjustment 17 of the initial temperature of primary and/or secondary units 3, 4 is no longer possible.
  • the prediction of temperatures of the molten metal in the ladles 2 and temperatures of the ladle bodies for empty ladles 2 in the melting operation 1 is carried out in particular on the basis of the ladle thermal state and the planning data until arrival at the first secondary unit 4 after the next tapping of the primary unit 3.
  • the output target temperature for the primary unit 3 can be set.
  • the adjustment 17 of the output temperatures of at least the primary and/or secondary units 3, 4 of the melting plant 1 is expediently only carried out when a tolerance value is exceeded.
  • the model additionally creates an energetic optimization of the melting operation 1, in particular at which stations of the melting operation 1 an adjustment 17 of the output temperatures of at least the primary and/or secondary units 3, 4 of the melting operation 1 takes place.
  • the model determines 16 input target temperatures and/or output target temperatures at least for the primary and secondary units 3, 4 of the melting operation 1 and for each pouring ladle 2 of the melting operation 1.
  • the method 10 according to the invention can also generate a warning message for production planning if the model indicates that a permissible Casting temperature within the casting operation 5, in particular including the time at which the casting temperature is expected to fall below.
  • a further warning message for production planning can be generated if the residence time at the corresponding secondary unit 4 is extended by adjusting 17 the output temperatures of at least one secondary unit 4.
  • the model calculates, preferably in real time, a continuous temperature curve for the melt, the ladle bodies and any existing ladle covers based on a current production plan.
  • the method 10 includes evaluating the suitability of a ladle body for a planned tapping based on the ladle thermal condition, wherein the ladle thermal condition is measured and/or derived from the model.
  • the method 10 is implemented by a computer program which comprises instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method 10 according to the invention.
  • the method 10 according to the invention is able to calculate the temperatures (and thus the heat contents) of the molten metal and the ladle body of each circulating casting ladle 2 of a melting plant 1 in real time, as well as to predict them for certain points in time in the future on the basis of planning data and the respective ladle heat state.
  • the output target temperatures on primary units 3 and secondary units 4 can be adjusted in online mode (for monitoring ongoing production) and/or in offline mode (for production planning).
  • the actual status is updated regularly (e.g. every minute). This is done by monitoring 12 of the Process progression in melting operation 1 and casting operation 5. Current process parameters and, if applicable, measurements of the melt analysis and temperature are taken into account. A forecast based on the ladle heat state and current planning data should also be carried out regularly (e.g. every three minutes) for each ladle 2 in circulation.
  • the planning data is made available to the inventive method 10 11. The planning data must be updated because changed temperatures and times must be taken into account due to delays, e.g. changes in casting operation 5 or the failure of units. If the opening time of ladle 2 for casting operation 5 changes, the initial temperatures in the upstream units must be adjusted. The same applies if, during continuous casting, the emptying time of ladle 2 is changed as a result of a change in casting speed. Changes compared to the planning from previous and future process sequences must always be taken into account.
  • the model created by the method 10 according to the invention 14 specifies new target temperatures for process control if there are deviations from the planned process sequence.
  • the basis for this is compliance with the permissible casting temperatures from the opening to the closing of the ladle 2.
  • the target casting temperature In continuous casting, the target casting temperature must also be maintained at the end of casting (until the intermediate container is almost empty). Therefore, the temperature losses of the melt until it enters the mold (e.g. via an intermediate container), which lead to a reduction in the casting temperature, must be taken into account.
  • the target temperature of the melt it contains when it arrives at the next unit is relevant.
  • the target temperature of the melt it contains when it arrives at the next unit is relevant, since the operator no longer has any influence on the melt temperature when it arrives at the next unit. If the previous unit is numbered with i according to the order in the process route and it is assumed that for each secondary metallurgical unit i the input and output temperatures are the same, then the target temperature of the melt it contains when it arrives at the next unit is the relevant.
  • the output temperature T target,2i+2 should be adjusted if necessary and fed back to the operator so that the necessary heating requirements at unit i+1 can be determined based on this.
  • adjusting target temperatures is no longer useful because the operator no longer has any influence on it.
  • the advance calculation should determine a forecast melt temperature T forecast at the time of the planned delivery to the casting operation 5 and make this available to the operator as an indication so that any casting interruptions due to the melt being too cold can be avoided in advance.
  • the forecast should be made based on the ladle heat state and the planning data until arrival at the first secondary metallurgical unit 4 after the next tapping.
  • an output target temperature T target,0 for the primary unit can be determined.
  • influences on the melt temperature such as tapping jet losses, material additions, vacuum treatment, electrical/chemical heating or rinsing and any covering of the ladle 2 should be taken into account.
  • a predicted melt temperature T forecast is obtained upon arrival at the next but one unit. There may be a deviation ⁇ T from the corresponding target temperature. If this ⁇ T is greater than a predefined tolerance value TOL (e.g. 3°C), the previous target temperature is modified by ⁇ T and an updated value for T forecast is determined. The latter is repeated iteratively until
  • TOL e.g. 3°C
  • the new liquidus and solidus temperatures are calculated using the chemical composition of the actual analysis. These temperatures are required to determine the pouring temperatures.
  • Fig. 4 shows a temperature-time diagram relating to an adjustment of the output target temperature on a primary unit 3 according to an exemplary embodiment of the method 10 according to the invention.
  • the casting speed is reduced in continuous casting compared to the original plan, the currently open ladle 2 will have a longer emptying time and the subsequent ladles 2 will have delayed discharge times.
  • the target temperature when discharged to the casting plant 5 remains the same. If a secondary metallurgical unit 4 with heating capability is not available, the initial target temperature T target,0 for empty ladles 2 is increased by the amount ⁇ T 0 in this case according to the method according to the invention in order to compensate for the additional temperature losses due to the unscheduled waiting time.
  • melt temperature when closing the ladle 2 is taken into account as the target temperature and the delivery temperature of the melt to the casting plant 5 is calculated from the target temperature. In this way, expected pouring speed-dependent temperature losses during the emptying of the ladle 2 are taken into account.
  • the target temperature can be specified by the model in the event of deviations from the planned process control and all target temperatures of the previous units can be calculated.
  • Fig. 5 shows a temperature-time diagram relating to an adjustment of the output target temperature on a secondary unit 4 according to an exemplary embodiment of the method 10 according to the invention.
  • the delivery temperature T Soll,2 at the secondary metallurgical unit 4 is increased by the amount ⁇ T 2 in accordance with the method 10 according to the invention in order to compensate for additional temperature losses caused by the unscheduled waiting time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten (3, 4) eines Schmelzbetriebs (1) mit umlaufenden Gießpfannen (2), umfassend die Schritte:
Bereitstellen (11) von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) und eines anschließenden Gießbetriebs (5) für jede Gießpfanne (2),
Überwachen (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5),
Ermitteln (13) von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) von den Plandaten,
Erstellen (14) eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),
Anpassen (15) der Vorhersage des Modells wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und/oder Gießbetrieb (5) von den Plandaten ermittelt (13) wurden,
Bestimmen (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate (3,4) und für jede Gießpfanne (2) auf Basis der Vorhersage des Modells (14), und
Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen. Die Erfindung betrifft ein Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Schmelzbetrieb einer metallurgischen Anlage umfasst ein Primäraggregat, in welchem ein Abstich einer Metallschmelze erfolgt. An dem Primäraggregat wird somit eine Pfanne mit der Metallschmelze befüllt. Ferner umfasst der Schmelzbetrieb wenigstens ein Sekundäraggregat. Die in dem Sekundäraggregat ausgeführte Sekundärmetallurgie umfasst beispielsweise Materialzugaben, Vakuumbehandlung, chemisches oder elektrisches Heizen, Temperaturmessungen, Pfannenspülungen oder dergleichen. Nachfolgend zu dem wenigstens einen Sekundäraggregat umfasst der Schmelzbetrieb ferner die Abgabe an einen Gießbetrieb, wobei die in einer Pfanne enthaltene Metallschmelze an eine nachfolgende Produktionsanlage abgegeben wird, beispielsweise über einen Zwischenbehälter in die Kokille einer Stranggießanlage. Ferner kann der Schmelzbetrieb noch weitere Stationen umfassen, wie beispielsweise eine Pfannenleerung, eine Pfannenwartung, eine Feuerfestzustellung und/oder eine Pfannenbeheizung.
  • Den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs, insbesondere den Primär- und Sekundäraggregaten sowie dem Gießbetrieb sind jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet. Die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen hängen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs ab. Um geeignete Gießbedingungen zu gewährleisten, ist es jedoch wesentlich, dass die Metallschmelze insbesondere im Gießbetrieb innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegt. Die Temperatur der Metallschmelze hängt dabei von vielen Faktoren ab, wie der Ausgangstemperatur am Primäraggregat, Temperaturänderungen in dem wenigstens einen Sekundäraggregat, Gießparameter im Gießbetrieb, Transport- und Wartezeiten zwischen den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs, Pfannentemperatur am Primäraggregat, thermischer Pfannenzustand, einer eventuell vorhandenen Pfannenabdeckung und deren Zustand und vergleichbaren äußeren Einflüssen auf die Temperatur der Metallschmelze.
  • Es werden für die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen auf Basis eines Produktionsplans vorgegeben. Dabei handelt es sich jedoch um statische Werte, welche beispielsweise nicht den thermischen Zustand einer Gießpfanne berücksichtigen. Dieser wird beispielsweise von einem Bediener eingeschätzt, welcher die vorgegebenen Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen mit einem Offset versieht, um den Zustand der Gießpfanne zu berücksichtigen. Ferner kann es im Prozessablauf des Schmelzbetriebs zu Abweichungen kommen, welche unberücksichtigt bleiben oder manuell erfasst werden müssen. Die Abweichungen im Prozessablauf des Schmelzbetriebs betreffen beispielsweise Änderungen in der Gießgeschwindigkeit im Gießbetrieb, geänderte Transport- und Wartezeiten von Gießpfannen, Ausfälle von Aggregaten, defekte Pfannendeckel, oder dergleichen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Prozess in einem Schmelzbetrieb zu optimieren, insbesondere bei auftretenden Änderungen im Anlagen- und/oder Aggregatzustand oder im Prozessablauf.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen,
    • wobei der Schmelzbetrieb wenigstens die folgenden Stationen umfasst: ein Primäraggregat, wenigstens ein Sekundäraggregat, und die Abgabe an einen Gießbetrieb, wobei den Primär- und Sekundäraggregaten und dem Gießbetrieb jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet ist, wobei die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs abhängen,
    • umfassend die Schritte:
      • Bereitstellen von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs und des Gießbetriebs für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,
      • Überwachen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb, insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,
      • Ermitteln von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb von den Plandaten für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,
      • Erstellen eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs, wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb basiert,
      • Anpassen der Vorhersage des Modells, wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelz- und/oder Gießbetrieb von den Plandaten ermittelt wurden,
      • Bestimmen von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs auf Basis der Vorhersage des Modells, und
      • Anpassen der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für den Gießbetrieb.
  • Die Plandaten basieren auf einem vorgegebenen Produktionsplan und enthalten die wesentlichen Parameter für die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs und des Gießbetriebs für jede in dem Schmelzbetrieb befindliche Gießpfanne. Die Plandaten setzen also den vorgegebenen Produktionsplan in dem Schmelzbetrieb um.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Prozessverlauf im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb überwacht. Die Überwachung umfasst beispielsweise eine Messung der Schmelzenanalyse und der Schmelzentemperatur, eine Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne im Schmelzbetrieb oder andere wesentliche Parameter für den Prozessablauf im Schmelzbetrieb, wie Transport- und Wartezeiten von Gießpfannen, Unregelmäßigkeiten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs, und dergleichen.
  • Nachfolgend können Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb von den Plandaten für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs ermittelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert insbesondere auf dem Schritt des Erstellens eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Pfanne des Schmelzbetriebs. Es wird also erfindungsgemäß anhand eines Modells vorhergesagt, welche Temperatur eine Metallschmelze in einer Gießpfanne hat und zusätzlich welche Temperatur der Pfannenkörper an den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs aufweist. Die Vorhersage basiert auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb.
  • Wenn in dem zuvor genannten Schritt Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb von den Plandaten für eine Gießpfanne des Schmelzbetriebs ermittelt wurden, wird die Vorhersage angepasst. Durch die kontinuierliche Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und der Ermittlung von Abweichungen von den Plandaten, wird die Vorhersage stets aktualisiert, wenn Abweichungen auftreten. Somit werden automatisch Änderungen im Prozessverlauf des Schmelzbetriebs erkannt und bei der Vorhersage des Modells berücksichtigt.
  • Auf Basis der Vorhersage des Modells werden Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs bestimmt. Wenn die Metallschmelze in der jeweiligen Gießpfanne die mittels des Modells vorhergesagten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs einhält, können die gemäß Produktionsplan geforderten Produkte in der metallurgischen Anlage hergestellt werden.
  • Um die Einhaltung der mittels der Vorhersage des Modells bestimmten Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen zu gewährleisten, werden die Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs angepasst. In dem Primäraggregat kann beispielsweise die Abgabetemperatur der Metallschmelze an die Gießpfanne angepasst werden, damit die Metallschmelze die Eingangssolltemperatur des ersten Sekundäraggregats einhält, insbesondere unter Berücksichtigung von Transport- und Wartezeiten, Wärmeverlusten, dem thermischen Pfannenzustand und dergleichen. Werden die vorgenannten Variablen berücksichtigt, ergibt sich eine entsprechende Ausgangssolltemperatur für die vorgelagerte Station des Schmelzbetriebs. Dies erfolgt vorzugsweise in vorausschauender Betrachtung für alle Gießpfannen des Schmelzbetriebs, unabhängig von deren aktuellen Standort innerhalb des Schmelzbetriebs. Bei dem wenigstens einen Sekundäraggregat kann beispielsweise das chemische oder elektrische Heizen angepasst werden, um die Ausgangstemperatur der Metallschmelze für das Sekundäraggregat anzupassen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ausgangstemperatur des Primäraggregats die Temperatur der Metallschmelze im Primäraggregat bei Abstichbeginn. Die Ausgangstemperatur von Sekundäraggregaten ist die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Behandlungsende.
  • Entsprechend ist die Eingangstemperatur eines Sekundäraggregats die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Behandlungsbeginn und die Eingangstemperatur des Gießbetriebs ist die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Öffnung der Gießpfanne für das Gießen.
  • Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird also der Prozessablauf im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb kontinuierlich überwacht. Auf Basis der Überwachung wird ein Modell zur Vorhersage des Prozessablaufs in dem Schmelzbetrieb erstellt. Bei Abweichungen des Prozessablaufs von vorgegebenen Plandaten, wird die Vorhersage des Modells angepasst und auf Basis dessen werden entsprechende Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen für die Stationen des Schmelzbetriebs bestimmt. Anschließend werden die Ausgangstemperaturen der Stationen angepasst, so dass die tatsächlichen Eingangstemperaturen und Ausgangstemperaturen des Prozesses in dem Schmelzbetrieb die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen erfüllen. Dies erfolgt vorzugsweise kontinuierlich und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs.
  • Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren Änderungen bei der Sequenzlänge im Gießprozess durch die Vorgabe geänderter Abgabetemperaturen an den Gießbetrieb berücksichtigen.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Variante umfassen die Plandaten: Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne an den Gießbetrieb, oder dergleichen.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung berücksichtigt das Modell bei der Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne. Der thermische Zustand einer Gießpfanne ergibt sich dabei insbesondere aus der Historie der Nutzung der Gießpfanne in dem Schmelzbetrieb, so dass die Nutzung der Gießpfannen des Schmelzbetriebs überwacht und gespeichert wird, um daraus den thermischen Zustand der einzelnen Gießpfannen des Schmelzbetriebs abzuleiten.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung bestimmt das Modell die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Pfanne des Schmelzbetriebs in Echtzeit und macht eine entsprechende Vorhersage. Dabei werden insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper kann der Temperaturverlauf für jede Pfanne des Schmelzbetriebs abgebildet werden, um so die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen für die Stationen des Schmelzbetriebs einzuhalten.
  • Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung basiert das Modell auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb. Dabei können auch künstliche Intelligenzen, neuronale Netzwerke oder vergleichbare Algorithmen zum Einsatz kommen. Insbesondere basiert die Simulation auf selbstlernenden Algorithmen, so dass sich die Genauigkeit der Simulation zur Erstellung des Modells kontinuierlich verbessert.
  • In einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Anpassen der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär- und/oder Sekundäraggregaten zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und/oder des nachfolgenden Gießbetriebs.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Aktualisieren der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs, insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb, Ausfall von Aggregaten, Ausfall von Gießsträngen, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten. Sofern die vorgenannten Änderungen nicht durch eine Anpassung der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs aufgefangen werden können, um die Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs sowie für den Gießbetrieb zu gewährleisten, werden die Plandaten aktualisiert, um mit anderen Produktionsprozessen fortzufahren.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Variante berücksichtigt das Modell bei der Bestimmung von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr von der Gießpfanne bis Eintritt in die Kokille mit einem eventuell vorhandenen Zwischenbehälter, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende. Die Wärmeverluste zwischen Gießpfanne und Kokilleneintritt werden durch Modelle oder Temperaturmessungen ermittelt und deren Ergebnisse werden zyklisch für die weitere Nutzung zur Verfügung gestellt.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Bestimmen der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs für eine Gießpfanne den aktuellen Standort der Gießpfanne im Schmelzbetrieb, wobei nur die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate angepasst werden. In Abhängigkeit von dem aktuellen Standort einer Gießpfanne bestimmt das Verfahren nur für nachfolgende Stationen des Schmelzbetriebs eine Anpassung der Ausgangssolltemperatur, da die Ausgangssolltemperaturen für die vorherigen Stationen nicht mehr umsetzbar sind.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne an den Gießbetrieb, wenn keine Anpassung der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten mehr möglich ist. Somit kann beispielsweise der Gießbetrieb die vorhergesagte Temperatur berücksichtigen und Anpassungen vornehmen, um Probleme zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Variante erfolgt die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Pfannen im Schmelzbetrieb anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats. Stationen des Schmelzbetriebs nach der Pfannenleerung und vor dem Primäraggregat sind beispielsweise eine Pfannenwartung, Feuerfestzustellung und/oder Pfannenbeheizung. An dem Primäraggregat wird die leere Pfanne mit Metallschmelze gefüllt und nachfolgend zum ersten Sekundäraggregat weitergeleitet.
  • In einer bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Festlegen einer Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung berücksichtigt das Modell bei der Vorhersage: Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen, Abdecken von Gießpfannen, Heizen leerer Gießpfannen oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper.
  • Nach einer Variante der Erfindung erfolgt das Anpassen der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts. Dadurch werden unnötige Anpassungen vermieden. Der Toleranzwert ist dabei so gewählt, dass Anpassungen erst durchgeführt werden, wenn die Anpassungen einen tatsächlichen positiven Effekt aufweisen.
  • In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung erstellt das Modell zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs eine Anpassung der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs erfolgt. Das Verfahren berücksichtigt also, an welcher Station die Temperatur der Schmelze angepasst wird, um die erforderlichen Ausgangstemperaturen zu erreichen und gleichzeitig die benötigte Energie zu minimieren. Entsprechend der energetischen Optimierung bestimmt das Modell Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn das Modell ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur. Beispielsweise kann aufgrund der Warnmeldung ein Gießvorgang abgebrochen werden, um Beschädigungen oder Störungen in einem nachfolgenden Produktionsschritt aufgrund der zu geringen Gießtemperatur zu vermeiden.
  • Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn sich durch das Anpassen der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats die Verweilzeit in dem entsprechenden Sekundäraggregat verlängert.
  • In einer erfindungsgemäßen Variante berechnet das Modell in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans. Die Berechnung erfolgt dabei insbesondere für jede in dem Schmelzbetrieb befindliche Gießpfanne. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Temperaturen in dem Schmelzbetrieb, insbesondere Temperaturen der Metallschmelze in den einzelnen Gießpfannen, Temperaturen der einzelnen Gießpfannen und dergleichen.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell abgeleitet wird. Ist der Pfannenwärmezustand zu niedrig wird die Ausgangssolltemperatur des Primäraggregats um die berechnete Temperaturdifferenz erhöht, die für die kältere Pfanne zu erwarten ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Generell bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
    • Energieeinsparungen an Primär- und/oder Sekundäraggregaten
    • Vermeidung von Pfannenrückläufern
    • Vermeidung von Gießabbrüchen
    • Reproduzierbares kleines Gießfenster
      • ∘ Erhöhung der Produktqualität
      • ∘ beim Stranggießen: Gießen mit maximaler Geschwindigkeit → erhöhter Durchsatz
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines Schmelzbetriebs mit mehreren aufeinanderfolgenden Stationen und umlaufenden Gießpfannen,
    Fig. 2
    ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen,
    Fig. 3
    ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 4
    ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Primäraggregat, und
    Fig. 5
    ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Sekundäraggregat.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schmelzbetriebs 1 mit mehreren Stationen und umlaufenden Gießpfannen 2. Die mehreren Stationen umfassen gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Primäraggregat 3, n Sekundäraggregate 4, die Abgabe an einen Gießbetrieb 5, eine Pfannenleerung 6, eine Pfannenwartung 7, eine Feuerfestzustellung 8 und eine Pfannenbeheizung 9. Die Gießpfannen 2 durchlaufen sequentiell die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs 1, mit der Ausnahme der Pfannenwartung 7 bzw. Feuerfestzustellung 8, welche alternativ zueinander durchlaufen werden. Wenigstens dem Primäraggregat 3, den Sekundäraggregaten 4 und dem Gießbetrieb 5 sind jeweils Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet, welche von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs 5 abhängen.
  • Ziel ist es, in einem Schmelzbetrieb 1 mit umlaufenden Gießpfannen 2, die Abgabetemperaturen der Metallschmelze an dem Primäraggregat 3 und den Sekundäraggregaten 4 im Hinblick auf den thermischen Zustand der jeweils eingesetzten Gießpfanne 2 sowie Abweichungen zum geplanten Prozessverlauf anzupassen. Üblicherweise existieren für jede eingesetzte Gießpfanne 2 Plandaten bezüglich der Prozessroute. Diese umfassen neben Transport-/Wartezeiten und sekundärmetallurgischen Behandlungen auch Vorgaben hinsichtlich Abgabetemperatur und Abgabezeitpunkt der Metallschmelze an den Gießbetrieb 5, welche sich aus der herzustellenden Werkstoffgüte sowie bei anschließendem Stranggießbetrieb aus der Planung der jeweiligen Gießsequenz ergeben. Die auftretenden Temperaturverluste der enthaltenen Metallschmelze über den Pfannenkörper, die sich im Laufe der Prozessroute zwischen Abstich am Primäraggregat 3 und Abgabe der Metallschmelze an den Gießbetrieb 5 ergeben, hängen dabei u.a. vom thermischen Zustand der eingesetzten Gießpfanne 2 sowie der Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper ab.
  • Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 10 zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze an wenigstens einem Primäraggregat 3 und wenigstens einem Sekundäraggregat 4 eines Schmelzbetriebs 1 mit umlaufenden Gießpfannen 2.
  • Gemäß dem Ablaufdiagramm aus Fig. 2 umfasst das erfindungsgemäße Verfahren 10 wenigstens die folgenden Schritte:
    • Bereitstellen 11 von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs 1 und des Gießbetriebs 5 für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,
    • Überwachen 12 des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5, insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,
    • Ermitteln 13 von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5 von den Plandaten für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,
    • Erstellen 14 eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1, wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5 basiert,
    • Anpassen 15 der Vorhersage des Modells, wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und/oder Gießbetrieb 5 von den Plandaten ermittelt 13 wurden,
    • Bestimmen 16 von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primäraggregate 3 und Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 auf Basis der Vorhersage des Modells, und
    • Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primäraggregate 3 und/oder Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 zur Einhaltung der bestimmten 16 Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für den Gießbetrieb 5.
  • Die Plandaten umfassen insbesondere Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne 2 an den Gießbetrieb 5, oder dergleichen.
  • Das erstellte 14 Modell berücksichtigt bei der Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne 2. Das Modell bestimmt und sagt beispielsweise die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 in Echtzeit vorher, wobei insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt werden.
  • Zweckmäßigerweise basiert das Modell auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1.
  • Das Modell kann bei der Bestimmung 16 von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne 2 auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr bis zum Kokilleneintritt (z.B. über einen eventuell vorhandenen Zwischenbehälter) berücksichtigen, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende.
  • Ferner kann das Modell bei der Vorhersage Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen 2, Abdecken von Gießpfannen 2, Heizen leerer Gießpfannen 2 oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper berücksichtigen.
  • Das Anpassen 17 der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär-und/oder Sekundäraggregaten 3, 4 zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für den Gießbetrieb 5.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner den Schritt des Aktualisierens der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs 1 für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 umfassen, insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb 5, Ausfall von Aggregaten 3, 4, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten.
  • Die Bestimmung 16 der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 für eine Gießpfanne 2 berücksichtigt zweckmäßigerweise den aktuellen Standort der Gießpfanne 2 im Schmelzbetrieb 1 und passt die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 an.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne 2 an den Gießbetrieb 5 umfassen, wenn keine Anpassung 17 der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten 3, 4 mehr möglich ist.
  • Die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Gießpfannen 2 im Schmelzbetrieb 1 erfolgt insbesondere anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat 4 nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats 3.
  • Ferner kann die Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat 3 festgelegt werden.
  • Das Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt zweckmäßigerweise erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts.
  • Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung erstellt das Modell zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs 1, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs 1 eine Anpassung 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt. Entsprechend der energetischen Optimierung bestimmt 16 das Modell Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 und für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner eine Warnmeldung für eine Produktionsplanung erzeugen, wenn das Modell ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs 5 feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur. Eine weitere Warnmeldung für die Produktionsplanung kann erzeugt werden, wenn sich durch das Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats 4 die Verweilzeit an dem entsprechenden Sekundäraggregat 4 verlängert.
  • Das Modell berechnet vorzugsweise in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans.
  • Ferner umfasst das Verfahren 10 in einer Ausführungsform das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell abgeleitet wird.
  • Vorzugweise wird das Verfahren 10 durch ein Computerprogramm implementiert, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren 10 auszuführen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren 10 ist in der Lage die Temperaturen (und somit die Wärmeinhalte) der Metallschmelze und des Pfannenkörpers jeder im Umlauf befindlichen Gießpfanne 2 eines Schmelzbetriebes 1 in Echtzeit zu berechnen, sowie für bestimmte Zeitpunkte in der Zukunft auf Basis von Plandaten und des jeweiligen Pfannenwärmezustands vorauszusagen.
  • Eine Anpassung der Ausgangssolltemperaturen an Primäraggregaten 3 und Sekundäraggregaten 4 kann im Online-Modus (zur Überwachung der laufenden Produktion) und/oder im Offline-Modus (zur Produktionsplanung) erfolgen.
  • Im Folgenden wird beispielshaft eine Anpassung im Online-Modus mit Bezug auf das in Fig. 3 abgebildete Flussdiagramm beschrieben.
  • Für jede im Umlauf befindliche Gießpfanne 2 erfolgt eine regelmäßige Aktualisierung des Ist-Zustands (z.B. jede Minute). Dies erfolgt durch eine Überwachung 12 des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5. Dabei werden aktuelle Prozessparameter sowie ggf. Messungen der Schmelzenanalyse und -temperatur berücksichtigt. Ebenfalls regelmäßig (z.B. alle drei Minuten) soll für jede im Umlauf befindliche Gießpfanne 2 eine Vorausberechnung auf Basis des Pfannenwärmezustands und aktueller Plandaten erfolgen. Die Plandaten werden dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 bereitgestellt 11. Die Aktualisierung der Plandaten ist notwendig, da durch Verzögerungen, z.B. Änderungen im Gießbetrieb 5 oder den Ausfall von Aggregaten, geänderte Temperaturen und Zeiten zu berücksichtigen sind. Ändert sich die Öffnungszeit der Pfanne 2 für den Gießbetrieb 5, so sind in den davorliegenden Aggregaten die Ausgangstemperaturen anzupassen. Das gleiche gilt, wenn beim Stranggießen die Entleerungszeit der Pfanne 2 als Folge einer geänderten Gießgeschwindigkeit geändert wird. Es sind immer die Änderungen gegenüber der Planung aus vorherigen und zukünftigen Prozessabläufen zu berücksichtigen.
  • Das vom erfindungsgemäßen Verfahren 10 erstellte 14 Modell gibt für eine Prozesssteuerung neue Solltemperaturen vor, wenn Abweichungen vom geplanten Prozessablauf vorliegen. Basis hierfür ist das Einhalten der zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen der Pfanne 2. Beim Stranggießen muss zudem bei Gießende (bis der Zwischenbehälter fast entleert ist) die Sollgießtemperatur eingehalten werden. Daher sind die Temperaturverluste der Schmelze bis Eintritt in die Kokille (z. B über einen Zwischenbehälter), die zu einer Reduzierung der Gießtemperatur führen, zu berücksichtigen.
  • Für eine Gießpfanne 2, die sich gerade in sekundärmetallurgischer Behandlung befindet, ist die Solltemperatur der enthaltenen Schmelze bei Ankunft am Folgeaggregat von Relevanz. Bei einer mit Schmelze gefüllten Gießpfanne 2, die sich gerade in einer Transportphase befindet, ist hingegen die Solltemperatur der enthaltenen Schmelze bei Ankunft am übernächsten Aggregat relevant, da für den Bediener hinsichtlich der Schmelzentemperatur bei Ankunft am Folgeaggregat keine Beeinflussungsmöglichkeiten mehr bestehen. Nummeriert man also das vorige Aggregat gemäß der Reihenfolge in der Prozessroute mit i und geht davon aus, dass für jedes sekundärmetallurgische Aggregat i die Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen mit den Nummern 2i-1 und 2i existieren, so ist für mit Schmelze gefüllte Gießpfannen die Solltemperatur der Schmelze TSoll=TSoll,2i+3 relevant, also die angestrebte Eingangstemperatur am übernächsten Aggregat. Um TSoll,2i+3 zu erreichen, soll die Ausgangstemperatur TSoll,2i+2 bei Bedarf angepasst werden und eine Rückgabe an den Bediener erfolgen, sodass sich darauf basierend die erforderlichen Heizbedarfe am Aggregat i+1 ermitteln lassen. Für den Fall, dass gemäß aktueller Planung das letzte sekundärmetallurgische Aggregat n auf der Prozessroute bereits passiert wurde, ist eine Anpassung von Solltemperaturen nicht mehr sinnvoll, da seitens des Bedieners keine Beeinflussungsmöglichkeiten mehr bestehen. In diesem Fall soll durch die Vorausberechnung eine prognostizierte Schmelzentemperatur TPrognose zum Zeitpunkt der geplanten Abgabe an den Gießbetrieb 5 ermittelt werden und dem Bediener als Indikation zur Verfügung gestellt werden, sodass sich evtl. Gießabbrüche infolge einer zu kalten Schmelze im Vorhinein vermeiden lassen. Für leere im Umlauf befindliche Gießpfannen 2 bzw. für solche, die bereits für den Gießbetrieb 5 geöffnet wurden, soll die Vorausberechnung anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten sekundärmetallurgischen Aggregat 4 nach dem nächsten Abstich erfolgen. Basierend auf der Eingangssolltemperatur TSoll,1 am ersten Sekundäraggregat 4 kann so eine Ausgangssolltemperatur TSoll,0 für das Primäraggregat festgelegt werden. Bei allen Vorausberechnungen dieser Art sollen Einflüsse auf die Schmelzentemperatur wie Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen bzw. das Spülen und eine evtl. Abdeckung der Pfanne 2 berücksichtigt werden.
  • Auf Basis der Vorausberechnung ergibt sich eine prognostizierte Schmelzentemperatur TPrognose bei Ankunft am übernächsten Aggregat. Gegenüber der zugehörigen Solltemperatur besteht möglicherweise eine Abweichung ΔT. Ist dieses ΔT betragsmäßig größer als ein vordefinierter Toleranzwert TOL (z.B. 3°C), wird die vorhergehende Solltemperatur durch ΔT modifiziert und ein aktualisierter Wert für TPrognose ermittelt. Letzteres wird iterativ so oft wiederholt, bis |ΔT|<TOL oder eine maximal zulässige Anzahl an Iterationen erreicht wurde. Als Ergebnis des Verfahrens 10 wird dem Bediener dann entweder eine aktualisierte Solltemperatur oder (nach Passieren des letzten sekundärmetallurgischen Aggregats 4) die prognostizierte Schmelzentemperatur bei Abgabe an den Gießbetrieb 5 zurückgegeben.
  • Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren 10 eine energetische Optimierung der Ausgangssolltemperaturen an Primär- und Sekundäraggregaten 3,4 umfassen. Für den Fall einer oben beschriebenen Verzögerung im Gießverlauf werden für eine leere Pfanne 2 vor Abstich, für die eine sekundärmetallurgische Behandlung mit Heizmöglichkeit eingeplant ist, zwei Varianten berechnet, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren:
    • Erhöhung der Ausgangssolltemperatur TSoll,0 am Primäraggregat 3 um ΔT0;
    • Erhöhung der Ausgangssolltemperatur TSoll,2 am Sekundäraggregat 4 um ΔT2.
  • Unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade der Energieeinbringung an Primär- und Sekundäraggregat 3, 4 η0 und η2 wird diejenige Variante mit dem geringeren Energieeintrag E(ΔT,η) vorgeschlagen.
  • Zeigt die Simulation beim Stranggießen, dass die Schmelze infolge ungünstiger Gießbedingungen, wie beispielsweise zu niedriger Gießgeschwindigkeit oder eines Strangausfall, so schnell abkühlt, dass die zulässige Gießtemperatur unterschritten wird, wird eine Meldung mit dem zu erwartenden Zeitpunkt der Unterschreitung erzeugt und an eine Produktionsplanung geleitet. Nun kann geprüft werden, ob durch eine frühere Bereitstellung einer neuen Pfanne 2 ein Gießabbruch zu vermeiden ist.
  • Zeigt die Simulation Abweichungen von einer Sollanalyse, wird mit der chemischen Zusammensetzung der Ist-Analyse die neue Liquidus- und Solidustemperatur berechnet. Diese Temperaturen werden für die Ermittlung der Gießtemperaturen benötigt.
  • Fig. 4 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Primäraggregat 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 10.
  • Für den Fall, dass beispielsweise im Stranggießbetrieb die Gießgeschwindigkeit gegenüber der ursprünglichen Planung abgesenkt wird, ergibt sich für die momentan geöffnete Gießpfanne 2 eine größere Entleerungsdauer und für die darauffolgenden Gießpfannen 2 verspätete Abgabezeitpunkte. Die Solltemperatur bei Abgabe an den Gießbetrieb 5 bleibt jedoch identisch. Bei Nichtverfügbarkeit eines sekundärmetallurgischen Aggregats 4 mit Heizmöglichkeit wird für leere Gießpfannen 2 in diesem Fall gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausgangssolltemperatur TSoll,0 um den Betrag ΔT0 angehoben, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren.
  • Bessere Gießbedingungen sind erreichbar, wenn die Schmelzentemperatur beim Schließen der Pfanne 2 als Zieltemperatur berücksichtigt wird und die Abgabetemperatur der Schmelze an den Gießbetrieb 5 aus der Zieltemperatur berechnet wird. So werden zu erwartende gießgeschwindigkeitsabhängige Temperaturverluste während des Leerens der Pfanne 2 berücksichtigt.
  • Werden zusätzlich die Gießtemperaturen und die Temperaturverluste der Schmelze vom Pfannenaustritt bis Kokilleneintritt (z.B. über einen Zwischenbehälter) berücksichtigt, kann die Zieltemperatur vom Modell bei Abweichungen von der geplanten Prozessführung vorgegeben und alle Solltemperaturen der vorherigen Aggregate berechnet werden.
  • Fig. 5 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Sekundäraggregat 4 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 10.
  • Für den Fall, dass bei der oben beschriebenen Verzögerung im Gießverlauf für eine mit Metallschmelze gefüllte Gießpfanne 2 vor Abgabe an den Gießbetrieb 5 noch eine sekundärmetallurgische Behandlung mit Heizmöglichkeit eingeplant ist, wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 10 die Abgabetemperatur TSoll,2 am sekundärmetallurgischen Aggregat 4 um den Betrag ΔT2 angehoben, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schmelzbetrieb
    2
    Gießpfannen
    3
    Primäraggregat
    4
    Sekundäraggregat
    5
    Abgabe an Gießbetrieb
    6
    Pfannenleerung
    7
    Pfannenwartung
    8
    Feuerfestzustellung
    9
    Pfannenbeheizung
    10
    Verfahren
    11
    Bereitstellen von Plandaten
    12
    Überwachen des Prozessverlaufs
    13
    Ermitteln von Abweichungen
    14
    Erstellen eines Modells
    15
    Anpassen der Vorhersage
    16
    Bestimmen von Solltemperaturen
    17
    Anpassen von Ausgangstemperaturen

Claims (20)

  1. Verfahren (10) zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten (3,4) eines Schmelzbetriebs (1) mit umlaufenden Gießpfannen (2),
    wobei der Schmelzbetrieb (1) wenigstens die folgenden Stationen umfasst: ein Primäraggregat (3), wenigstens ein Sekundäraggregat (4) und die Abgabe an einen Gießbetrieb (5), wobei den Primär- und Sekundäraggregaten (3,4) und dem Gießbetrieb (5) jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet ist, wobei die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs (5) abhängen,
    umfassend die Schritte:
    Bereitstellen (11) von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) und des Gießbetriebs (5) für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),
    Überwachen (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5), insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),
    Ermitteln (13) von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) von den Plandaten für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),
    Erstellen (14) eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1), wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten (11) Plandaten und der Überwachung (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) basiert,
    Anpassen (15) der Vorhersage des Modells wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und/oder Gießbetrieb (5) von den Plandaten ermittelt (13) wurden,
    Bestimmen (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) und für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1) auf Basis der Vorhersage des Modells (14), und
    Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) zur Einhaltung der bestimmten (16) Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate (4) des Schmelzbetriebs (1) und für den Gießbetrieb (5).
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei die Plandaten Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne (2) an den Gießbetrieb (5), oder dergleichen umfassen.
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Modell (14) bei der Bestimmung (16) und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne (2) berücksichtigt.
  4. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Modell (14) die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1) in Echtzeit bestimmt (16) und vorhersagt, wobei insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt werden.
  5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Modell (14) auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) basiert.
  6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend das Anpassen (17) der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär-und/oder Sekundäraggregaten (3,4) zur Einhaltung der bestimmten (16) Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate (4) des Schmelzbetriebs (1) und/oder des nachfolgenden Gießbetriebs (5).
  7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Aktualisieren der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1), insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb (5), Ausfall von Aggregaten, Ausfall von Gießsträngen, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten.
  8. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Modell (14) bei der Bestimmung (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne (2) auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr von der Gießpfanne bis Eintritt in die Kokille mit einem eventuell vorhandenen Zwischenbehälter berücksichtigt, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende.
  9. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bestimmung (16) der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) für eine Gießpfanne (2) den aktuellen Standort der Gießpfanne (2) im Schmelzbetrieb (1) berücksichtigt und die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) anpasst (17).
  10. Verfahren (10) nach Anspruch 9, umfassend das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne (2) an den Gießbetrieb (5), wenn keine Anpassung (17) der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten (3,4) mehr möglich ist.
  11. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Gießpfannen (2) im Schmelzbetrieb (1) anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat (4) nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats (3) erfolgt.
  12. Verfahren (10) nach Anspruch 11, umfassend das Festlegen einer Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat (3).
  13. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Modell (14) bei der Vorhersage Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen (2), Abdecken von Gießpfannen (2), Heizen leerer Gießpfannen (2) oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper berücksichtigt.
  14. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts erfolgt.
  15. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Modell (14) zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs (1) erstellt, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs (1) eine Anpassung (17) der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) erfolgt.
  16. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn das Modell (14) ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs (5) feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur.
  17. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn sich durch das Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats (4) die Verweilzeit an dem entsprechenden Sekundäraggregat (4) verlängert.
  18. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Modell (14) in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans berechnet.
  19. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell (14) abgeleitet wird.
  20. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 auszuführen.
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