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Verfahren zur Ermittlung von Einbauhöhen horizontal orientierter Lichtwellenleitersensoren in einer Stranggießkokille sowie eines korrespondierenden Datenmodells, Verfahren zum Stranggießen und Stranggießkokille mit korrespondierendem Datenmodell.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Einbauhöhen für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in einer Stranggießkokille und eines korrespondierenden Datenmodells gemäß Patentanspruch 1, eine Stranggießkokille mit einem korrespondierenden Datenmodell gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zum Stranggießen gemäß Anspruch 12.
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Beim Stranggießen mit Stranggießkokillen bilden sich in der eingebrachten metallischen Schmelze in der Regel sowohl abwärts- als auch aufwärts gerichtete Strömungsbilder aus (z.B. in Form einer sogenannten 'Doppelrolle'), die einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des gegossenen Produkts haben. Im Sinne steigender Qualitätsanforderungen ist man daher bestrebt, diese Strömungen möglichst genau zu erfassen, um im Bedarfsfall entsprechende Steuer- bzw. Regelmaßnahmen im Stranggießprozess ergreifen zu können.
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Beispielsweise verursachen aufwärts gerichteten Strömungen eine Überhöhung des Meniskusverlaufs in der Kokille in gewissen Bereichen, wobei diese Überhöhungen die von der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit abhängen. Daher kann von einer solchen Überhöhung (bzw. vom entsprechenden Meniskusverlauf) indirekt auf eine momentane Strömungsgeschwindigkeit rückgeschlossen werden, was wiederum wesentliche Aussagen in Bezug auf die Qualität des gegossenen Produkts erlaubt.
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Das Einbringen von horizontal bzw. vertikal orientierten Lichtwellenleitersensoren in Seitenwände von Stranggießkokillen ist beispielsweise aus der
WO 2019/180229 A2 sowie aus der
EP 3 639 949 A1 bekannt. Dabei weisen die Lichtwellenleitersensoren jeweils mehrere Sensorpunkte (z.B. in Form von sogenannten Fiber-Bragg-Gittern) zum Erfassen von Temperaturen auf. Dadurch können Temperaturwerte an mehreren Stellen gleichzeitig in den Kokillenplatten erfasst werden, was beispielsweise eine zweidimensionale Erfassung der Temperaturverteilung der erstarrenden Strangschale in der Kokille und das Erkennen von Strangschalendefekten ermöglicht.
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Weiterhin ist die Bestimmung eines Meniskusverlaufs in einer Stranggießkokille mittels einer derartigen Sensoranordnung beispielsweise aus dem Artikel "
Development and Application of Fiber Bragg Gratings for Slab Casting" von Spierings, Kamperman, Hengeveld, Kromhout und Dekker, Seite 1655-1663 in 'AISTech 2017 Proceedings' oder aus dem Beitrag "
Online Flow Control with Mold Flow Measurements and Simultaneous EM Braking and Stirring" von M. Sedén und N. Jacobson in '2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 424 012015', DOI 10.1088/1757-899X/424/1/012015 bekannt.
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Nachteilig an derartigen Installationen ist der relativ hohe Installationsaufwand für die Lichtwellenleitersensoren, weil für diese einerseits entsprechende Ausnehmungen in den betreffenden Kokillenplatten geschaffen werden müssen, was mit entsprechenden Fertigungskosten verbunden ist. Andererseits erfordern die Lichtwellenleiter entsprechend aufwändige Schutzmaßnahmen gegen die rauen Produktionsbedingungen an einer Stranggießanlage sowie teure optische Verbindungen zu den jeweiligen Auswerteeinheiten (sogenannte Interrogatoren).
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Aufwendungen zum Betrieb derartiger Installationen an Lichtwellenleitersensoren in Stranggießkokillen, mittels derer ein Meniskusverlauf während des Stranggießens ermittelt werden kann, zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Genauigkeit, mit der der Meniskusverlauf ermittelbar ist, zumindest annähernd erhalten bleibt.
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Die Aufgabe wird prinzipiell durch eine Beschränkung auf wenige, horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in optimierten Einbauhöhen unter Einbeziehung eines trainierten Datenmodells gelöst. Das Datenmodell ist aufgrund seiner (antrainierten) Vorhersagefähigkeit in der Lage, auf Basis der wenigen, tatsächlich zur Verfügung stehenden Sensorpunkte einen Meniskusverlauf mit vergleichbarer Genauigkeit zu ermitteln, wie dies ansonsten nur mit einer Installation mit wesentlich mehr Lichtwellenleitersensoren möglich ist.
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Konkret wird die Aufgabe durch das Verfahren entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 zur Ermittlung von Einbauhöhen für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in einer Stranggießkokille und eines korrespondierenden Datenmodells gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 bilden vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Stranggießkokille mit einem korrespondierenden Datenmodell gemäß unabhängigem Anspruch 10 und ein Verfahren zu Stranggießen gemäß unabhängigem Anspruch 12 gelöst. Die Ansprüche 11 und 13 bis 15 bilden wiederum vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine oder mehrere Einbauhöhen h1,...,hN für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in einer Stranggießkokille sowie ein korrespondierendes Datenmodell ermittelt. Dabei sind die Lichtwellenleitersensoren zumindest einer Seitenplatte der Stranggießkokille anordenbar. Die Einbauhöhen h1,...,hN sind in Bezug auf ein Referenzniveau der Stranggießkokille definiert (z.B. eine Oberkante der Kokillenplatten). Auch können mehrere Lichtwellenleitersensoren in jeweils derselben Einbauhöhe angeordnet werden, beispielsweise in mehreren Platten der Stranggießkokille jeweils ein Lichtwellenleitersensor in ein- und derselben Einbauhöhe.
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Die Lichtwellenleitersensoren weisen jeweils eine Mehrzahl von ersten Sensorpunkten zum Erfassen von Temperaturen in der Stranggießkokille auf. Lichtwellenleitersensoren haben gegenüber herkömmlichen Thermoelementen den Vorteil, dass die Abstände der einzelnen Sensorpunkte zueinander frei gewählt werden können und beispielsweise nur wenige Millimeter (z.B. 3 - 5 mm) betragen können. Dadurch kann eine räumlich sehr engmaschige Temperaturüberwachung der Stranggießkokille erzielt werden. Im Gegensatz dazu sind Thermoelemente in der Regel auf fix vorgegebene Positionen - z.B. auf die Positionen vorhandener Haltebolzen der Kokille - beschränkt, was in der Folge eine sehr feine räumliche Temperaturüberwachung nicht gestattet.
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Die Einbauhöhen h1,...,hN der Lichtwellenleitersensoren werden anhand einer Referenzkokille ermittelt, die eine Vielzahl von zweiten Sensorpunkten aufweist. Die zweiten Sensorpunkte sind rasterförmig an mehreren - paarweise unterschiedlichen - horizontalen Einbaupositionen xi in mehreren horizontalen Reihen Rj in einer jeweiligen Einbauhöhe hj in der Referenzkokille angeordnet und zum Erfassen von Temperaturen eingerichtet. Konkret ist jede horizontale Reihe Rj, umfassend jeweils mehrere zweite Sensorpunkte, in einer jeweiligen Einbauhöhe hj in Bezug auf ein Referenzniveau der Referenzkokille angeordnet. Dabei muss eine Reihe Rj nicht zwangsläufig in Form eines physisch durchgängigen, horizontalen Lichtwellenleiters mit mehreren Lichtwellenleitersensoren ausgestaltet sein, sondern ist lediglich durch die Anordnung einer Mehrzahl von Lichtwellenleitersensoren in jeweils derselben Einbauhöhe hj definiert.
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Dadurch dass die zweiten Sensorpunkte beispielsweise als identische Fiber Bragg Gratings in vertikal angeordneten Lichtwellenleitern ausgestaltet sein können, ergibt sich ein Gitter von Messpunkten mit horizontalen Abständen dh und verschiedenen vertikalen Abständen h1 bis hN. Dieses Gitter, das durch die Messpunkte der vertikalen Lichtwellenleiter entsteht, lässt sich auch als Gitter fiktiver horizontaler Lichtwellenleiter beschreiben, wobei die horizontalen Lichtwellenleiter dann in horizontalen Reihen Rj mit einer jeweiligen Einbauhöhe hj angeordnet sind und sich die Messstellen dieser fiktiver Lichtwellenleiter an den horizontalen Positionen xi befinden.
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Beispielsweise sind in der Referenzkokille im Bereich des Gießspiegels (z.B. auf einem vertikalen Abschnitt von 100mm Höhe im Bereich eines nominell angenommenen Gießspiegels) die zweiten Sensorpunkte in mehreren horizontalen Reihen angeordnet, wobei die horizontalen Reihen zueinander in vertikaler Richtung jeweils 5mm voneinander beabstandet sind. In einem weiter vom Gießspiegel entfernt liegenden Bereich können die vertikalen Abstände der horizontalen Reihen auch größer gewählt werden. In horizontaler Richtung sind die zweiten Sensorpunkte beispielsweise jeweils 30-100mm zueinander beabstandet.
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Die zweiten Sensorpunkte sind dabei bevorzugt in mindestens fünf horizontalen Reihen Rj angeordnet, wobei jede Reihe Rj jeweils mindesten zehn, bevorzugt mindestens fünfzehn - paarweise unterschiedliche - horizontale Einbaupositionen xi für die zweiten Sensorpunkte umfasst. Dadurch kann vorteilhaft die Anzahl der ersten Sensorpunkte in der Stranggießkokille gegenüber der Vielzahl an zweiten Sensorpunkten in der Referenzkokille verringert werden, was zu einem reduzierten Beschaffungs- und Installationsaufwand für die Lichtwellenleitersensoren sowie für die entsprechende Auswertevorrichtung führt.
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Bei den zweiten Sensorpunkten kann es sich ebenfalls um Sensorpunkte von Lichtwellenleitersensoren handeln. Beispielsweise können die Reihen Rj in der Referenzkokille jeweils als Lichtwellenleitersensor mit einer Mehrzahl von Sensorpunkten ausgestaltet sein. Alternativ können die zweiten Sensorpunkte beispielsweise auch als einzelne Thermocouples ausgestaltet sein, die in der Referenzkokille rasterförmig angeordnet sind.
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Während des Stranggießens mit der Referenzkokille werden in einer Vielzahl von Zeitintervallen Δt jeweils momentane Produktionsparameter erfasst (d.h. die erfassten Produktionsparameter können gegebenenfalls zeitlich variabel sein und werden in jedem Fall dem jeweiligen Zeitintervall Δt zugeordnet). Zudem werden während des Stranggießens mit der Referenzkokille in der besagten Vielzahl von Zeitintervallen Δt jeweils mittels der zweiten Sensorpunkte momentane zweite Temperaturwerte Ti,j an der horizontalen Einbauposition xi und der Einbauhöhe hj der Reihe Rj des jeweiligen Sensorpunkts in der Referenzkokille erfasst. Dadurch wird aufgrund der Vielzahl an rasterförmig in der Referenzkokille angeordneten, zweiten Sensorpunkte für jedes Zeitintervall eine Temperaturverteilung mit hoher räumlicher Auflösung erfasst.
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Aus den erfassten momentanen zweiten Temperaturwerten Ti,j werden momentane (d.h. dem jeweiligen Zeitintervall Δt zugeordnete) Meniskushöhen Mi an den horizontalen Einbaupositionen xi der jeweiligen zweiten Sensorpunkte ermittelt. Konkret wird dabei eine Meniskushöhe Mi an einer bestimmten horizontalen Einbauposition xi anhand der Menge jener Temperaturwerte Ti,j ermittelt, die an derselben Einbauposition xi in unterschiedlichen Einbauhöhen hj erfasst worden sind. Die Meniskushöhen sind jeweils auf Referenzniveau der Stranggießkokille, z.B. auf eine Oberkante einer Seitenplatte der Stranggießkokille, bezogen.
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Die Ermittlung von Meniskushöhen basiert beispielsweise auf den vertikalen Temperaturgradienten der erfassten zweiten Temperaturwerte T
i,j und ist z.B. aus der
CN 118204469 A bekannt. Die Ermittlung der momentanen Meniskushöhen M
i ist dabei vorteilhaft mit hoher Genauigkeit möglich, weil die voranstehend genannte rasterförmige Anordnung der zweiten Sensorpunkte in der Referenzkokille eine hohe räumliche Auflösung in vertikaler Richtung erlaubt. Im Rahmen der Erfindung stellen die momentanen Meniskushöhen M
i die beste Approximation an den tatsächlichen Meniskusverlauf in der Kokille dar.
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Weiterhin wird für jedes Zeitintervall Δt und für jede Reihe Rj ein momentaner - d.h. dem betreffenden Zeitintervall Δt zugeordneter - Korrelationskoeffizient Kj zwischen den (momentanen) zweiten Temperaturwerten Ti,j der jeweiligen Reihe Rj und den momentanen Meniskushöhen Mi ermittelt. Anders ausgedrückt werden die erfassten zweiten Temperaturwerte Ti,j der Sensorpunkte der jeweiligen (horizontal orientierten) Reihe Rj mit der Menge der momentanen Meniskushöhen Mi in der Referenzkokille korreliert.
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Der Korrelationskoeffizient Kj kann bevorzugt mittels der bekannten Formel ermittelt werden, mit worin Nj die Anzahl der zweiten Sensorpunkte der jeweiligen Reihe Rj der Referenzkokille bezeichnet. Der Ausdruck Tj in Gleichung (2) bezeichnet einen über eine jeweilige Reihe gebildeten Mittelwert der momentanen zweiten Temperaturwerte Ti,j der jeweiligen Reihe. Der Ausdruck M in Gleichung (3) bezeichnet einen Mittelwert der momentanen Meniskushöhen Mi.
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Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren für jede Reihe Rj aus allen momentanen Korrelationskoeffizienten Kj ein über alle Zeitintervalle Δt gemittelter Korrelationskoeffizient Kj ermittelt. Durch diese zeitliche Mittelung werden jene Reihen Rj hervorgehoben bzw. deren Beiträge stärker gewichtet, deren Korrelation mit dem tatsächlichen Meniskusverlauf für die unterschiedlichen Produktionsparameter besonders repräsentativ ist.
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Daraufhin werden aus den Reihen Rj der Referenzkokille diejenigen N Reihen Rj1,..., RjN ausgewählt, die die größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kj aufweisen. Die (zu ermittelnden) Einbauhöhen h1,...,hN entsprechen in der Folge den Einbauhöhen der ausgewählten Reihen Rj1,..., RjN und werden diesen gleichgesetzt.
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Weiterhin wird für die ausgewählten Reihen Bj1,..., RjN jeweils für jedes Zeitintervall Δt ein Datensatz D, umfassend Eingangsgrößen E und Ausgangsgrößen A, erstell. Die Eingangsgrößen E umfassen dabei die momentanen zweiten Temperaturwerte Ti,j des jeweiligen Zeitintervalls Δt der jeweiligen Reihe Rj1,...,RjN sowie die momentanen Produktionsparameter im jeweiligen Zeitintervall Δt. Die Ausgangsgrößen A umfassen die momentanen Meniskushöhen Mi des jeweiligen Zeitintervalls Δt.
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Schließlich wird das Datenmodell anhand der Datensätze D trainiert. Dem trainierten Datenmodell müssen in der Folge für eine Vorhersage des Meniskusverlaufs nicht mehr die Temperaturwerte sämtlicher zweiten Sensorpunkte der Referenzkokille zugeführt werden, sondern nur mehr die Temperaturwerte jener Sensorpunkte, die in der Referenzkokille in den ermittelten N Einbauhöhen h1,...,hN angeordnet sind. Das trainierte Datenmodell ist somit in Bezug auf Gießvorgänge mit der jeweiligen Referenzkokille angepasst.
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Das Trainieren des Datenmodells im vorgenannten Sinn ist aus dem Stand der Technik bekannt und nicht Teil der Erfindung. Bei diesem Trainieren werden interne Modellparameter des Datenmodells angepasst. Insbesondere im Fall von Datenmodellen, die auf sogenanntem 'maschinellem Lernen' beruhen (sog. ML-Modelle), werden aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen D zueinander disjunkte Trainings- und Validierungsdatensätze ausgewählt. Die Anpassung der internen Modellparameter erfolgt dabei anhand der Trainingsdatensätze und eine anschließende Validierung mittels der Validierungsdatensätze, wobei letztere der Überprüfung der 'antrainierten' Vorhersagefähigkeit des Modells dient. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise aus der
EP 4 124 398 B1 bekannt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nur eine einzige Einbauhöhe h1 ermittelt, in der Lichtwellenleitersensoren in einer (nicht mit der Referenzkokille identischen) Stranggießkokille anordenbar sind. Die Einbauhöhe h1 entspricht der Lage jener Reihe Rjmax von zweiten Sensorpunkten, die den größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kjmax aller Reihen aufweist. Dadurch kann vorteilhaft der Installationsaufwand für die Lichtwellenleiter in der Kokille besonders gering gehalten werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anzahl der Einbauhöhen derart bestimmt, dass die gemittelten Korrelationskoeffizienten Kj der ausgewählten Reihen Rj jeweils innerhalb eines vorgegebenen Quantils q derjenigen Reihe Rjmax liegen, die den größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kjmax aller Reihen Rj aufweist. Besonders bevorzugt beträgt das Quantil q 30%. Das Quantil q der Reihe Rjmax bestimmt jenen Wertebereich um den gemittelten Korrelationskoeffizienten Kjmax , innerhalb welchem der durch das Quantil q festgelegte Prozentsatz an momentanen Korrelationskoeffizienten Kj der jeweiligen Reihe Rj liegen.
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Durch die Vorgabe eines Quantils q werden in der Regel mehrere Einbauhöhen für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren bestimmt, wobei deren Korrelation mit den momentanen Meniskushöhen Mi umso stärker ist, je geringer der Wert für das Quantil q gewählt wird. Im Fall von mehreren Einbauhöhen wird vorteilhaft einerseits im Vergleich zu jenem Fall, in dem nur eine einzige Einbauhöhe ausgewählt wird (entsprechend N gleich eins), die Ermittlungsgenauigkeit für den tatsächlichen Meniskusverlauf erhöht. Andererseits wird der Installationsaufwand im Vergleich zur Referenzkokille verringert, weil die Lichtwellenleitersensoren nur in jenen Einbauhöhen eingebracht werden, für welche die jeweils relevantesten Korrelationen mit dem tatsächlichen Meniskusverlauf zu erwarten sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Produktionsparameter eine Gießgeschwindigkeit vc der Referenzkokille und/oder eine Eintauchtiefe Lc eines Gießrohrs in eine in die Referenzkokille eingebrachte Schmelze und/oder einen Argonfluss fAr des Gießrohrs (gemessen beispielsweise in Liter pro Minute), wobei das Argon zur Erhöhung der Stahlqualität bzw. als Schutzmittel zur Verhinderung von Anbackungen in die Metallschmelze im Verteiler oder direkt in das Gießrohr eingeblasen wird. Die Eintauchtiefe Lc bezeichnet dabei einen Abstand der Auslassöffnungen des Gießrohrs unterhalb eines (tatsächlichen oder vorgegebenen) Gießspiegelniveaus an einer bestimmten Stelle der Kokille. Das Gießspiegelniveau ist beispielsweise wiederum auf eine Oberkante der Kokillenplatten bezogen.
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Beispielsweise wird das Gießspiegelniveau - in Breitenrichtung der Kokille betrachtet - an der Position des Gießrohrs mit Hilfe eines oder mehrerer weiterer Sensoren laufend ermittelt und die Zuflussmenge an eingebrachter Schmelze während des Stranggießens derart geregelt, dass die Eintauchtiefe Lc konstant bleibt.
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Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Stranggießkokille eine elektromagnetische Bremse zum Erzeugen eines bestimmten Strömungsverlaufes einer in die Referenzkokille eingebrachten Schmelze auf und die Produktionsparameter umfassen - alternativ oder zusätzlich - Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse (beispielsweise eine Stromstärke oder mehrere Stromstärken, falls die elektromagnetische Bremse mehrere unabhängige elektrische Teilkreise umfasst).
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Die genannten Produktionsparameter - Gießgeschwindigkeit vc, Eintauchtiefe Lc, Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse - sind in der Regel zeitlich variabel und werden beispielsweise von einer Anlagenautomation gesteuert bzw. geregelt. Weil diese Produktionsparameter beim Stranggießen ein Strömungsbild der eingebrachten Schmelze - und damit den Meniskusverlauf selber - am stärksten beeinflussen, kann durch die Erfassung dieser genannten Produktionsparameter das Datenmodell vorteilhaft besonders zuverlässig in Bezug auf die für den Meniskusverlauf maßgeblichen Einflussgrößen trainiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Produktionsparameter - zusätzlich oder alternativ zu den bereits genannten - zumindest einen der folgenden Parameter: eine Gießbreite wc bzw. eine Gießdicke dc der Referenzkokille, eine Oszillationsfrequenz fosc bzw. einen Oszillationshub hosc der Referenzkokille, eine metallurgische Zusammensetzung mc einer in die Stranggießkokille eingebrachten Schmelze bzw. eine auf die Schmelze aufgebrachte Gießpulversorte pc. Auch diese Produktionsparameter - insbesondere eine momentane Oszillationsfrequenz fosc bzw. ein momentaner Oszillationshub hosc - können zeitabhängig sein und dementsprechend für jedes Zeitintervall Δt einen anderen Wert aufweisen. Zudem wirken sich diese Produktionsparameter jeweils unterschiedlich auf die Reibungsverhältnisse beim Stranggießen aus, sodass durch Erfassung dieser weiteren Produktionsparameter vorteilhaft eine besonders genaue Ermittlung eines Menuskusverlaufes mit Hilfe des trainierten Datenmodells in Bezug auf unterschiedliche Produktklassen ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Referenzkokille einen elektromagnetischen Rührer auf. Elektromagnetische Rührer können Strömungen der in die Kokille eingebrachten Schmelze - insbesondere solche, die in einer horizontalen Ebene verlaufen - beeinflussen, was sich wiederum auf den Meniskusverlauf auswirkt. Gemäß dieser Ausgestaltung umfassen die Produktionsparameter - alternativ oder zusätzlich zu den bereits genannten - Einstellwerte sc für den elektromagnetischen Rührer (wie z.B. eine Stromstärke oder eine Rührfrequenz), die wiederum zeitabhängig sein können. Dadurch kann vorteilhaft - durch zusätzliche Erfassung dieser Einstellwerte - das Datenmodell mit noch besserer Vorhersagegenauigkeit für einen momentanen Meniskusverlauf in der (nicht mit der Referenzkokille identischen) Stranggießkokille ausgestattet werden, soferne diese einen elektromagnetischen Rührer aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Datenmodell als ein auf maschinellem Lernen basierendes Datenmodell (ML-Modell) ausgestaltet. Beispiele für ML-Modelle sind solche auf Grundlage von Random Forest, Ensemble Learning, Support Vector Machines sowie künstliche neuronale Netze.
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Auch derartige ML-Modelle sowie deren Training und Validierung sind aus dem Stand der Technik bekannt und selbst nicht Teil der Erfindung. Vorteilhaft an der Verwendung von ML-Modellen ist der Umstand, dass bei einer ausreichend großen Anzahl an Trainings- und Testdatensätzen für die Validierung (entsprechend einer großen Anzahl an erfassten Produktionsparametern P, zweiten Temperaturwerten Ti,j und ermittelten momentanen Meniskushöhen Mi) ein momentaner Meniskusverlauf auch bei komplexem Zusammenhang mit den Produktionsdaten P zuverlässig vorhergesagt werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Stranggießkokille mit einem korrespondierenden Datenmodell kann dadurch bereitgestellt werden, dass in zumindest einer Seitenplatte der Stranggießkokille in einer oder mehreren Einbauhöhen h1,...,hN horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren angeordnet sind. Die Einbauhöhen h1,...,hN entsprechen dabei den Einbauhöhen h1,...,hN in einer Referenzkokille, anhand welcher das Datenmodell erstellt worden ist. Die Lichtwellenleitersensoren weisen jeweils eine Mehrzahl von ersten Sensorpunkten zum Erfassen von Temperaturen in der Stranggießkokille auf. Die Einbauhöhen h1,...,hN und das Datenmodell werden gemäß dem voranstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt.
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Bevorzugt sind die ersten Sensorpunkte in den jeweiligen Lichtwellenleitersensoren zueinander in einem horizontalen Abstand dh von jeweils 30mm bis 100mm beabstandet. Der Abstand dh zwischen den ersten Sensorpunkten muss dabei nicht notwendigerweise konstant sein, sondern kann innerhalb eines Lichtwellenleitersensors innerhalb des genannten Bereichs auch variieren. Dies erlaubt eine deutlich feinere räumliche Auflösung der Temperaturverteilung in der Stranggießkokille im Vergleich zur Temperaturmessung mit herkömmlichen Thermoelementen, die in horizontaler Richtung in der Regel etwa 200mm zueinander beabstandet sind.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können die Lichtwellenleitersensoren bevorzugt nur in einer einzigen Einbauhöhe h1 in der Stranggießkokille angeordnet sein. Beispielsweise können auch mehrere Lichtwellenleitersensoren in mehreren Platten (z.B. in den beiden Breitseitenplatten) der Stranggießkokille in jeweils derselben Einbauhöhe h1 angeordnet sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stranggießen wird eine voranstehend beschriebene, erfindungsgemäßen Stranggießkokille mit einem korrespondierenden Datenmodell eingesetzt. Das Datenmodell wird dabei gemäß dem voranstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt. Während des Stranggießens mit der Stranggießkokille werden in einem oder mehreren Zeitintervallen Δt jeweils mittels der ersten Sensorpunkte erste Temperaturwerte Ti,j' erfasst und dem Datenmodell als Eingangsgrößen zugeführt. Optional werden bevorzugt auch eine momentane Gießgeschwindigkeit vc der Stranggießkokille und/oder eine Eintauchtiefe Lc eines Gießrohrs in eine in die Stranggießkokille eingebrachte Schmelze und/oder ein Argonfluss fAr des Gießrohrs erfasst und dem Datenmodell als Eingangsgrößen zugeführt. Anhand des (trainierten) Datenmodells (und der zugeführten Eingangsgrößen) wird in jedem Zeitintervall Δt ein momentaner Meniskusverlauf M' in der Stranggießkokille ermittelt wird.
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Der momentane Meniskusverlauf M' wird dabei zunächst für jene horizontalen Positionen ermittelt, die den Einbaupositionen der ersten Sensorpunkte der Lichtwellenleitersensoren der erfindungsgemäßen Stranggießkokille entsprechen. An dazwischenliegende Positionen kann der momentane Meniskusverlauf M' beispielsweise anhand einer Spline-Interpolation approximiert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stranggießen weist die Stranggießkokille eine elektromagnetische Bremse auf. Gemäß dieser Ausgestaltung werden in jedem Zeitintervall Δt weiterhin Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse erfasst und dem Datenmodell als Eingangsgrößen zugeführt. Zusätzlich oder alternativ dazu weist gemäß dieser Ausgestaltung die Stranggießkokille einen elektromagnetischen Rührer auf; in diesem Fall werden in jedem Zeitintervall Δt weiterhin Einstellwerte sc für den elektromagnetischen Rührer erfasst und dem Datenmodell als Eingangsgrößen zugeführt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stranggießen werden in jedem Zeitintervall Δt weiterhin eine Gießbreite wc und/oder eine Gießdicke dc und/oder eine Oszillationsfrequenz fosc und/oder ein Oszillationshub hosc der Stranggießkokille und/oder eine metallurgische Zusammensetzung mc einer in die Stranggießkokille eingebrachten Schmelze und/oder eine eingesetzte Gießpulversorte pc, die auf die Schmelze aufgebracht wird, erfasst und dem Datenmodell als Eingangsgrößen zugeführt.
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Die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stranggießen und deren bevorzugte Ausführungsformen korrespondieren mit jenen des voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Einbauhöhen für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in eine Stranggießkokille und eines korrespondierenden Datenmodells.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Gleiche Details sind dabei in allen Figuren jeweils mit denselben Bezeichnern gekennzeichnet. Es zeigen:
- Figur 1 (FIG 1)
- eine schematische Darstellung einer Referenzkokille einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- Figur 2 (FIG 2)
- zwei Diagramme zu momentanen Temperaturen und momentanen Meniskushöhen,
- Figur 3 (FIG 3)
- momentane Korrelationskoeffizienten für Reihen von Lichtwellenleitersensoren in einer Referenzkokille,
- Figur 4 (FIG 4)
- zeitlich gemittelte Korrelationskoeffizienten einer Referenzkokille,
- Figur 5 (FIG 5)
- eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Einbauhöhen und einer Referenzkokille gemäß einer ersten Ausführungsform,
- Figur 6 (FIG 6)
- eine schematische Darstellung einer Stranggießkokille gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- Figur 7 (FIG 7)
- eine Stranggießkokille bzw. Referenzkokille gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
- Figur 8 (FIG 8)
- eine Stranggießkokille bzw. Referenzkokille gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Identische Teile in den einzelnen Figuren sind jeweils mit denselben Bezeichnern versehen.
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Figur 1 (FIG 1) zeigt eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte 13 einer Referenzkokille 20 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Ermittlung von Einbauhöhen für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren in einer nicht mit der Referenzkokille 20 identischen Stranggießkokille10 (in FIG 1 nicht dargestellt). Die Referenzkokille 20 und die Stranggießkokille 10 sind beide in Form von Plattenkokillen zum Gießen von Brammenformaten ausgestaltet und weisen jeweils ein Paar Breitseitenplatten sowie ein Paar Schmalseitenplatten auf.
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In der in FIG 1 dargestellten Breitseitenplatte 13 der Referenzkokille 20 sind beispielhaft an 30 horizontalen Einbaupositionen xi vertikal orientierte, zweite Lichtwellenleitersensoren 21 in horizontalen Abständen dh zueinander angeordnet. Jeder zweite Lichtwellenleitersensor 21 umfasst neun zweite Sensorpunkte 22, die entlang desselben Lichtwellenleitersensors in konstanten Abständen zueinander angeordnet sind. Die zweiten Sensorpunkte 22 sind beispielsweise als Fiber-Bragg-Gitter ausgebildet und zur Erfassung von Temperaturen eingerichtet.
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Durch diese Ausgestaltung der zweiten Lichtwellenleitersensoren 21 sowie deren Anordnung in der Seitenplatte 13 ergibt sich eine rasterförmige Anordnung der zweiten Sensorpunkte 22 in neun horizontalen Reihen R1 bis R9. Dadurch lassen sich in der Seitenplatte 13 flächig zweite Temperaturen Ti,j erfassen. Der Index i bezeichnet hierbei eine horizontale Position des jeweiligen Sensorpunktes 22, während der Index j eine vertikale Position kennzeichnet.
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Zudem sind in FIG 1 Ausnehmungen 27 für Haltebolzen der Seitenplatte 13 dargestellt, die auch als Montageort für herkömmliche Thermoelemente zur Erfassung von Temperaturen dienen können. Diese Haltebolzen 27 weisen jedoch eine wesentlich geringere Flächendichte auf als die in die Seitenplatte 13 direkt eingebrachten zweiten Lichtwellenleitersensoren 21.
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In der rechten Hälfte von FIG 1 ist mittels einer dicken strichlierten Linie schematisch ein Gießspiegelverlauf im Inneren der Referenzkokille 20 während des Stranggießens dargestellt. Der angedeutete Gießspiegel weist am randseitigen Ende eine Erhöhung auf, die zu einem Strömungsmuster der während des Stranggießens eingebrachten Schmelze korrespondiert.
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Weiterhin ist in FIG 1 ein Gießspiegelsensor 29 dargestellt, mittels dem ein Gießspiegelniveau 14 in der Referenzkokille 20 unabhängig von den zweiten Sensorpunkten 22 ermittelt werden kann. Das Gießspiegelniveau 14 entspricht dem Gießspiegelverlauf an einer bestimmten horizontalen Position in der Referenzkokille 20.
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Schließlich sind in FIG 1 momentane Meniskushöhen Mi dargestellt, die zu den horizontalen Einbaupositionen xi korrespondieren und an einer jeweiligen Einbauposition xi ermittelt werden.
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In FIG 2 sind beispielhaft in der oberen Grafik momentane erfasste zweite Temperaturwerte Ti,jmax einer Reihe Rjmax und in der unteren Grafik die momentanen Meniskushöhen Mi in der Referenzkokille 20 an jeweiligen horizontalen Einbaupositionen xi dargestellt. Die Reihe Rjmax ist dabei jene Reihe von zweiten Sensorpunkten 22, deren Temperaturwerte - nach einer zeitlichen Mittelung über eine Vielzahl von erfassten Gießsituationen in der Referenzkokille 20 - eine maximale Korrelation mit den momentanen Meniskushöhen Mi aufweisen.
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FIG 3 zeigt den numerischen Wert (horizontale Achse) von momentanen Korrelationskoeffizienten K1 bis K21 in einer Gießsituation einer Referenzkokille 20, die 21 Reihen von zweiten Sensorpunkten 22 aufweist. Jeder Korrelationskoeffizient Kj wird für die entsprechende Reihe Rj bestimmt. Weiterhin ist in FIG 3 mit einer strichpunktierten Linie ein unabhängig davon ermitteltes Gießspiegelniveau 14 in der Referenzkokille 20 angedeutet, das sich in vertikaler Richtung ein kleines Stück unterhalb der Reihe R10 befindet.
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Zudem ist aus FIG 3 ersichtlich, dass in der dargestellten Gießsituation jene Reihen die größten Korrelationskoeffizienten aufweisen, die in einer vergleichbaren Höhe wie das Gießspiegelniveau 14 angeordnet sind. Insbesondere weisen relativ gesehen mehr Reihen oberhalb des Gießspiegelniveaus 14 einen vergleichbaren Korrelationskoeffizienten auf als unterhalb davon; ab Reihe R12 nimmt die Korrelation mit wachsendem Abstand nach unten stark ab.
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In FIG 4 sind die numerischen Werte (horizontale Achse) von gemittelten Korrelationskoeffizienten K1 bis K9 , die über eine Vielzahl von jeweils momentanen Korrelationskoeffizienten K1 bis K9 gemittelt worden sind, als gefüllte Punktsymbole einer neun Reihen an zweiten Sensorpunkten 22 aufweisenden Referenzkokille dargestellt. Weiterhin ist mittels zweier strichlierter Linien ein Quantilenbereich eingezeichnet, innerhalb welchem ein durch das Quantil q festgelegte Prozentsatz (z.B. 30%) an momentanen Korrelationskoeffizienten Kj der jeweiligen Reihe Rj liegt.
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Die Reihe R5 (entsprechend Rjmax) weist den größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kjmax aller Reihen Rj auf. Das Quantil q der Reihe Rjmax bestimmt jenen Wertebereich (in FIG 4 durch zwei senkrechte Linien dargestellt) um den gemittelten Korrelationskoeffizienten Kjmax , innerhalb welchem der durch das Quantil q festgelegte Prozentsatz an momentanen Korrelationskoeffizienten Kjmax der Reihe Rjmax liegen.
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Innerhalb dieses Wertebereichs liegen (bezogen auf die horizontale Achse) die gemittelten Korrelationskoeffizienten der Reihen R3 bis R6. Folglich werden gemäß dem in FIG 4 dargestellten Beispiel die Reihen R3 bis R6 (entsprechend Rj1 bis RjN mit N = 4) zur Ermittlung von Einbauhöhen herangezogen; wie aus FIG 4 ersichtlich, sind die Reihen R3 bis R6 auch jene, die die größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kj aller Reihen aufweisen. Beispielsweise Im konkret dargestellten Fall werden die Einbauhöhen der Reihen R3 bis R6 der Referenzkokille auf die Stranggießkokille mit der reduzierten Anzahl von bis zu vier horizontal orientierten Lichtwellenleitersensoren übertragen, wobei jene Einbauhöhen, die in der Stranggießkokille z.B. aus baulichen Gründen nicht realisierbar sind, ausgelassen werden.
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FIG 5 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Einbauhöhen und eines korrespondierenden Datenmodells anhand einer Kokillenplatte 13 einer Referenzkokille 20, die analog zu jener von FIG 1 ausgebildet ist. Zusätzlich zu FIG 1 ist ein Gießrohr 24 dargestellt, durch welches flüssige metallische Schmelze 23 und ein Argonluss fAR in den Innenraum der Referenzkokille 20 eingebracht wird.
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Die Schmelze 23 tritt an entsprechenden Öffnungen im Bereich des unteren Endes des Gießrohrs 24 aus diesem aus und bildet in dabei der Regel sowohl aufwärts- als auch abwärts gerichtete Strömungen aus (in FIG 5 durch entsprechende gekrümmte Pfeile dargestellt). Mittels des Gießspiegelsensors 29 wird das Gießspiegelniveau 14 ermittelt. Über die geometrischen Abmessungen des Gießrohrs 24 kann dessen Eintauchtiefe Lc, die als Abstand vom Austrittsniveau der Schmelze 23 zum Gießspiegelniveau 14 definiert ist, bestimmt werden. Weiterhin ist in FIG 5 mittels eines nach unten gerichteten Pfeils eine Gießgeschwindigkeit vc symbolisiert, die der Geschwindigkeit entspricht, mit der die teilerstarrte Schmelze am unteren Ende der Referenzkokille 20 aus dieser abgezogen wird.
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Die Gießgeschwindigkeit vc und das Gießspiegelniveau 14 stehen voraussetzungsgemäß als Echtzeitwerte zur Verfügung, sodass während des Stranggießens mit der Referenzkokille 20 in einer Vielzahl von Zeitintervallen Δt jeweils die Momentanwerte der Gießgeschwindigkeit vc und/oder der Eintauchtiefe Lc und/oder des Argonflusses fAr als momentane Produktionsparameter erfasst werden. Weiterhin werden mittels der zweiten Sensorpunkte 22 zweite Temperaturwerte Ti,j (in FIG 5 durch einen entsprechenden Verbindungspfeil dargestellt) als Echtzeitwerte erfasst.
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Die Zeitintervalle Δt haben eine Dauer in einem Bereich von bevorzugt 0.2s bis 1s und können, müssen jedoch nicht notwendigerweise unmittelbar aufeinanderfolgen. Auch überdecken die Zeitintervalle Δt in ihrer Gesamtheit nicht notwendigerweise nur einen speziellen Gießvorgang, sondern umfassen vielmehr unterschiedliche Gießsituationen (z.B. Schmelzen mit unterschiedlicher Zusammensetzung bzw. unterschiedlicher Gießgeschwindigkeit), die für das mit der Referenzkokille 20 produzierte Produktspektrum repräsentativ sind. Wesentlich ist die vielfache Wiederholung der innerhalb eines Zeitintervalls Δt durchgeführten Schritte, was in FIG 5 durch ein von einem Pfeil eingekreistes Symbol von Δt symbolisiert ist.
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Die zweite Temperaturwerte Ti,j entsprechen jeweils den momentan gemessenen Temperaturen in der Seitenplatte 13 an der horizontalen Einbauposition xi und der Einbauhöhe hj der Reihe Rj des jeweiligen Sensorpunkts 22. Aus den zweiten Temperaturwerten Ti,j werden (wie voranstehend beschrieben) momentane Meniskushöhen Mi ermittelt: dies ist in FIG 5 durch einen entsprechenden Verbindungspfeil symbolisiert.
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Weiterhin wird in jedem Zeitintervall Δt für jede Reihe Rj an zweiten Sensorpunkten 22 ein momentaner Korrelationskoeffizient Kj zwischen den zweiten Temperaturwerten Ti,j der jeweiligen Reihe Rj und der Menge der ermittelten momentanen Meniskushöhen Mi bestimmt: dies ist in FIG 5 durch die beiden auf Kj weisenden Pfeile symbolisiert. Die Korrelationskoeffizienten Kj werden beispielsweise anhand der voranstehenden Formel (1) berechnet.
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Anschließend wird für jede Reihe Rj ein gemittelter Korrelationskoeffizient ( Kj ) bestimmt, indem die Werte der momentanen Korrelationskoeffizienten Kj der jeweiligen Reihe über alle Zeitintervalle Δt gemittelt werden: dies erfolgt erst nachdem eine Vielzahl von momentanen Korrelationskoeffizienten Kj in einer entsprechenden Anzahl von Zeitintervallen Δt ermittelt worden ist, die bevorzugt unterschiedliche Gießsituationen überdecken.
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Aus den horizontal orientierten Reihen Rj an zweiten Sensorpunkten 22 der Referenzkokille 20 werden anschließend diejenigen N Reihen Rj1,..., RjN mit den größten gemittelten Korrelationskoeffizienten Kj ausgewählt, beispielsweise auf Basis eines vorgegebenen Quartils q wie voranstehend im Zusammenhang mit FIG 4 beschrieben. Die Einbauhöhen der derart ausgewählten Reihen Rj1,..., RjN werden als die Einbauhöhen h1,...,hN für horizontal orientierte Lichtwellenleitersensoren 11 in einer (nicht mit der Referenzkokille identischen) Stranggießkokille 10 gleichgesetzt (in FIG 5 nicht dargestellt).
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Weiterhin wird für die ausgewählten Reihen Rj1,...,RjN jeweils für jedes Zeitintervall Δt ein Datensatz D mit Eingangsgrößen E und Ausgangsgrößen A erstellt: dabei umfassen die Eingangsgrößen E die im jeweiligen Zeitintervall Δt erfassten zweiten Temperaturwerte Ti,j sowie die momentanen Produktionsparameter, wobei letztere in dem in FIG 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Eintauchtiefe Lc, der Gießgeschwindigkeit vc und dem Argonfluss fAr in dem jeweiligen Zeitintervall Δt entsprechen. Die momentanen Meniskushöhen Mi entsprechen den Ausgangsgrößen A des jeweiligen Zeitintervalls Δt.
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Anhand der Vielzahl der Datensätze D, die für jedes Zeitintervall Δt erfasst worden sind, wird das Datenmodell 100 trainiert. Dieser Trainingsvorgang - z.B. das Aufteilen der vorliegenden Datensätze D in voneinander unabhängige trainings- und Validierungsdatensätze - ist aus dem Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.
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FIG 6 zeigt eine Stranggießkokille 10 mit einer Seitenplatte 13, in der drei Reihen horizontal orientierter Lichtwellenleitersensoren 11 angeordnet sind. Die Einbauhöhen h1, h2 und h3 der Lichtwellenleitersensoren 11 und das korrespondierende Datenmodell 100 der Stranggießkokille 10 sind gemäß der in FIG 5 geschilderten Vorgehensweise erstellt worden. Die Lichtwellenleitersensoren 11 weisen jeweils eine Mehrzahl von ersten Sensorpunkten 12 zum Erfassen von Temperaturen in der Stranggießkokille 10 (konkret: direkt in der Seitenplatte 13) auf und können beispielsweise als FiberBragg-Gitter ausgestaltet sein.
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Beim Stranggießen mit der Stranggießkokille 10 werden in einem jeweiligen Zeitintervall Δt mittels der ersten Sensorpunkte 12 erste Temperaturwerte Ti,1', Ti,2' und Ti,3' erfasst. Der Index i bezeichnen hierbei wiederum eine horizontale Position des korrespondierenden Sensorpunktes 12 in der Seitenplatte 13, während der zweite Index die Reihe bzw. Einbauhöhe des Sensorpunkt 12 bezeichnet, mit dem der jeweilige Temperaturwert erfasst wird.
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Über ein Gießrohr 24 wird flüssige metallische Schmelze 23 sowie ein Argonfluss fAr in die Stranggießkokille eingebracht. Über einen Gießspiegelsensor 29 wird laufend ein momentanes Gießspiegelniveau 14 in der Stranggießkokille 10 ermittelt, das bevorzugt zur Durchflussregelung der Schmelze 23 durch das Gießrohr 24 herangezogen wird. Weiterhin werden eine momentane Gießgeschwindigkeit vc der Stranggießkokille 10 und - alternativ oder zusätzlich dazu - eine Eintauchtiefe Lc des Gießrohrs 24 sowie der momentane Argonfluss fAr in die Schmelze 23 erfasst.
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Die ersten Temperaturwerte Ti,1', Ti,2' und Ti,3', die momentane Gießgeschwindigkeit vc, die erfasste Eintauchtiefe Lc und der erfasste momentane Argonfluss fAr werden dem trainierten Datenmodell 100 als Eingangsgrößen zugeführt. Schließlich wird für das betreffende Zeitintervall Δt anhand des Datenmodells 100 ein momentaner Meniskusverlauf M' in der Stranggießkokille 10 ermittelt.
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Der geschilderte Ablauf - Erfassen ersten Temperaturwerte Ti,1', Ti,2', Ti,3', der momentanen Gießgeschwindigkeit vc, der Eintauchtiefe Lc und des Argonflusses fAr , Zuführen dieser Größen an das Datenmodell 100 und Ermitteln des momentaner Meniskusverlaufs M' wird bevorzugt in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen Δt wiederholt, was in FIG 6 anhand eines entsprechend eingekreisten Symbols von Δt angedeutet ist.
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FIG 7 zeigt eine Stranggießkokille 10 bzw. eine Referenzkokille 20 gemäß einer jeweiligen zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In FIG 7 sind - zusätzlich zu den in FIG 5 bzw. FIG 6 gezeigten Merkmalen - jeweils weitere Merkmale der Stranggießkokille 10 bzw. der Referenzkokille 20 dargestellt, auf die nachstehen eingegangen wird.
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Die Kokille 10 bzw. 20 weist in ihrem oberen Bereich einen elektromagnetischen Rührer 28 und in ihrem unteren Bereich eine elektromagnetische Bremse 26 auf, die jeweils außenseitig an der Seitenplatte 13 angeordnet sind. Bevorzugt kann an einer der Seitenplatte 13 gegenüberliegend angeordneten, weiteren Seitenplatte 13' ein weiterer elektromagnetischer Rührer bzw. eine weitere elektromagnetische Bremse angeordnet sein (in FIG 7 nicht dargestellt).
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Während des Stranggießens mit der Referenzkokille 20 werden in jedem Zeitintervall Δt jeweils Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse und Einstellwerte sc für den elektromagnetischen Rührer 28 als momentane Produktionsparameter erfasst und als weitere Eingangsgrößen E dem Datensatz D hinzugefügt. Das Datenmodell 100 wird abschließend somit auch in Bezug auf die Einstellwerte bc und sc trainiert.
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Gleichermaßen werden bei Vorhandensein eines derart trainierten Datenmodells 100 während des Stranggießens mit der Stranggießkokille 10 in jedem Zeitintervall Δt jeweils Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse 26 und Einstellwerte sc für den elektromagnetischen Rührer 28 erfasst und als weitere Eingangsgrößen E dem Datenmodell 100 zugeführt. Anhand des Datenmodells 100 wird somit in dieser Ausgestaltung in jedem Zeitintervall Δt ein momentaner Meniskusverlauf M' auch unter Berücksichtigung der Einstellwerte bc für die elektromagnetische Bremse 26 und der Einstellwerte sc für den elektromagnetischen Rührer 28 ermittelt.
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FIG 8 zeigt eine Stranggießkokille 10 bzw. eine Referenzkokille 20 gemäß einer jeweiligen dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In FIG 8 sind - zusätzlich zu den in FIG 5 bzw. FIG 6 gezeigten Merkmalen - jeweils weitere Merkmale der Stranggießkokille 10 bzw. der Referenzkokille 20 dargestellt, die nachstehend beschrieben werden.
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Die Kokille 10 bzw. 20 wird während des Stranggießens mit einer Oszillationsfrequenz fosc um einen Oszillationshub hosc auf- und abbewegt (in FIG 8 mit einem Doppelpfeil symbolisiert). Weiterhin weist die Kokille 10 bzw. 20 eine bestimmte Gießdicke dc entsprechend den Abmessungen der jeweiligen Schmalseitenplatten 17, 17' auf. Eine jeweilige Gießbreite wc des produzierten Stranggießprodukts kann über eine Verschiebung der Schmalseitenplatten 17, 17' eingestellt werden. Schließlich werden die metallurgische Zusammensetzung mc der Schmelze 23 und eine auf diese aufgegebene Gießpulversorte pc erfasst.
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Während des Stranggießens mit der Referenzkokille 20 werden in jedem Zeitintervall Δt die Oszillationsfrequenz fosc, der Oszillationshub hosc, die Gießdicke dc, die Gießbreite wc, die metallurgische Zusammensetzung mc und die Gießpulversorte pc als momentane Produktionsparameter erfasst (bzw. sind als Vorgabewerte in einer Anlagensteuerung hinterlegt) und werden als weitere Eingangsgrößen E dem Datensatz D hinzugefügt, sodass in der Folge das Datenmodell 100 auch in Bezug auf diese genannten Produktionsparameter trainiert wird.
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Gleichermaßen werden bei Vorhandensein eines derart trainierten Datenmodells 100 während des Stranggießens mit der Stranggießkokille 10 in jedem Zeitintervall Δt jeweils eine Oszillationsfrequenz fosc, ein Oszillationshub hosc, eine Gießdicke dc, eine Gießbreite wc, eine metallurgische Zusammensetzung mc und eine Gießpulversorte pc der Schmelze 23 erfasst und als weitere Eingangsgrößen E dem Datenmodell 100 zugeführt.
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Dementsprechend wird anhand des Datenmodells 100 in dieser Ausgestaltung in jedem Zeitintervall Δt somit ein momentaner Meniskusverlauf M' auch unter Berücksichtigung der Größen fosc, hosc, dc, wc, mc und pc ermittelt.
Bezugszeichenliste
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- 10
- Stranggießkokille
- 11
- Lichtwellenleitersensor
- 12
- erster Sensorpunkt
- 13, 13'
- Seitenplatte
- 14
- Gießspiegelniveau
- 17, 17'
- Schmalseitenplatte
- 20
- Referenzkokille
- 21
- zweiter Lichtwellenleitersensor
- 22
- zweiter Sensorpunkt
- 23
- Schmelze
- 24
- Gießrohr
- 26
- elektromagnetische Bremse
- 27
- Ausnehmung für Haltebolzen
- 28
- elektromagnetischer Rührer
- 29
- Gießspiegelsensor
- 100
- Datenmodell
- A
- Ausgangsgrößen
- bc
- Einstellwert Bremse
- dc
- Gießdicke
- dh
- horizontaler Abstand
- D
- Datensatz
- E
- Eingangsgrößen
- fAr
- Argonfluss
- fosc
- Oszillationsfrequenz
- h1,...,hN
- Einbauhöhe
- hj
- Einbauhöhe
- hosc
- Oszillationshub
- Kj
- momentaner Korrelationskoeffizient
- Kjmax
- maximaler gemittelter Korrelationskoeffizient
- Kj
- gemittelter Korrelationskoeffizient
- Lc
- Eintauchtiefe
- M'
- momentaner Meniskusverlauf
- Mi
- momentane lokale Meniskushöhe
- mc
- metallurgische Zusammensetzung
- pc
- Gießpulversorte
- q
- Quantil
- Rj
- Reihe
- Rj1,...,RjN
- Reihe
- Rjmax
- Reihe
- sc
- Einstellwert Rührer
- Ti,j'
- erste Temperaturwerte
- Ti,j
- zweite Temperaturwerte
- vc
- Gießgeschwindigkeit
- wc
- Gießbreite
- xi, xi'
- horizontale Einbauposition
- Δt
- Zeitintervall