Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung eines Metallbands, umfassend eine Gießmaschine mit Sekundärkühlung, sowie ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Sekundärkühleinrichtung einer Gießmaschine in einer Anlage zur Herstellung eines Metallbands.
Hintergrund der Erfindung
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Beim Stranggießen von Metallen können bei der Abkühlung und Verfestigung des Strangs Risse im Material entstehen, die zu Qualitätseinbußen oder sogar Ausschuss führen. Insbesondere kommt es manchmal zu Kantenrissen, die häufig mit der Sekundärkühlung zusammenhängen.
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Das Analysieren von Fehlerursachen, die zu solchen Materialdefekten führen, ist bei stranggegossenen Produkten schwierig und zeitaufwendig. Üblicherweise erfolgt zu diesem Zweck nach der Sekundärkühlung eine Temperaturmessung der Strangoberfläche in Breitenrichtung. Mit der Messung sowie Steuerung der Temperatur soll vor allem vermieden werden, dass eine Unterkühlung an der Oberfläche oder im kantennahen Bereich des Gießstrangs auftritt oder eine kritische Temperatur unterschritten wird, was zu Oberflächenfehlern oder Rissbildung führen kann.
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Aus der
WO 2009/071236 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage bekannt, bei dem eine dynamische Änderung einer Solltemperatur des Gießstrangs durchgeführt wird. Die
WO 2018/082883 A1 beschreibt eine Anlage, bei der eine Temperaturmessung nach dem Walzen erfolgt. Unter Verwendung des Messsignals wird ein Steuersignal zur Einstellung der Sekundärkühlung erzeugt.
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Die vorstehend beschriebenen Konzepte ziehen eine gemessene Temperatur als Kriterium heran, um Aussagen über Schädigungen an der Oberfläche oder im kantennahen Bereich des Gießstrangs zu treffen. Eine singuläre Temperaturmessung ist als Schädigungskriterium aber häufig nicht ausreichend.
Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sekundärkühlung eines Metallbands in einer Gießmaschine zu verbessern, insbesondere die Produktqualität zu erhöhen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Die Anlage dient zur Herstellung eines Metallbands. Gegossen und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden hierbei Produkte etwa aus einer Metalllegierung, vorzugsweise Stahl. Die Anlage ist beispielsweise als Warmbreitbandstraße, CSP- oder Endlos-Anlage ausgeführt.
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Die Anlage weist eine Gießmaschine auf, die eingerichtet ist, um das Metallband in Form eines Gießstrangs zu erzeugen und entlang einer Förderrichtung zu transportieren. Die Gießmaschine ist vorzugsweise als Senkrecht-Abbiegeanlage oder Bogencaster implementiert.
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Die Anlage weist eine Sekundärkühleinrichtung auf, umfassend Düsenanordnungen, die eingerichtet sind, um das Metallband durch Aufbringen eines Kühlmittels, das vorzugsweise ein Wasser/Luft-Gemisch ist, im Bereich der Gießmaschine zu kühlen. Die Düsenanordnungen können reihenförmig aufgebaut sein und sind vorzugsweise zwischen sich gegenüberliegenden Strangführungsrollen einer Strangführung installiert.
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Die Anlage weist ferner zumindest eine Sensoreinrichtung auf, die eingerichtet ist, um eine Kantentemperatur TKante und eine Mittentemperatur TMitte des Metallbands zu erfassen, wobei die Kantentemperatur TKante eine Oberflächentemperatur des Metallbands in einem kantennahen Bereich und die Mittentemperatur TMitte eine Oberflächentemperatur im mittleren Bereich des Metallbands bezeichnen.
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Die Anlage weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die mit der Sekundärkühleinrichtung sowie der Sensoreinrichtung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um einen Fehler der Sekundärkühlung FSekundärkühlung aus der Kantentemperatur TKante und Mittentemperatur TMitte des Metallbands zu bestimmen und die Sekundärkühleinrichtung in Abhängigkeit des Fehlers FSekundärkühlung zu steuern oder zu regeln.
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Durch die Sensoreinrichtung erfolgt die Temperaturmessung nicht nur über die Breite des Metallbands, da dies nach der Sekundärkühlung zwar sinnvoll, aber gegebenenfalls noch nicht ausreichend für die Vermeidung von Oberflächenfehlern und -defekten ist, sondern zusätzlich ist die Sensoreinrichtung eingerichtet, um den kantennahen Bereich zu erfassen.
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Der Einsatz der so erweiterten Temperaturmessung über eine geeignete Sensorik führt zu einer Qualitätsverbesserung der Oberfläche des Metallbands, insbesondere zu einer Vermeidung von Rissbildung und anderen Defekten, sowie zu homogenen Materialeigenschaften des Endproduktes.
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Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung stromabwärts der Sekundärkühleinrichtung installiert, beispielsweise unmittelbar am Auslauf der Gießmaschine oder vor oder innerhalb oder hinter einer Walzeinrichtung, wodurch die Temperaturerfassung im Wesentlichen nach der Durcherstarrung des Metallbands erfolgt.
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Räumliche Bezeichnungen wie "stromabwärts", "vor", "hinter", "nach" usw. sind durch die Vorgabe der Förderrichtung sowie die bestimmungsgemäße Anwendung der Anlage eindeutig definiert.
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Vorzugsweise umfasst die Sensoreinrichtung eine Kamera, insbesondere Wärmebildkamera, wodurch die Temperaturmessung auf baulich einfache Weise über einen großen Bereich des Metallbands, umfassend kantennahe Bereiche, durchführbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung mehrere Temperatursensoren aufweisen, um den kantennahen Bereich und den mittleren Bereich des Metallbands getrennt zu vermessen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um in dem Fall, dass die Kantentemperatur TKante größer als die Mittentemperatur TMitte ist, die Sekundärkühleinrichtung so zu steuern oder zu regeln, dass die Sekundärkühlung verstärkt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung vorzugsweise eingerichtet, um in dem Fall, dass die Kantentemperatur TKante niedriger als die Mittentemperatur TMitte ist, die Sekundärkühleinrichtung so zu steuern oder zu regeln, dass die Sekundärkühlung reduziert wird. Auf diese Weise kann die Sekundärkühlung steuer- bzw. regelungstechnisch einfach angepasst werden, wodurch eine Qualitätsoptimierung des Metallbands mit geringen baulichen und verfahrenstechnischen Maßnahmen durchführbar ist.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den Fehler der Sekundärkühlung FSekundärkühlung als Verhältnis aus der Kantentemperatur TKante zur Mittentemperatur TMitte des Metallbands zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist hierbei ferner vorzugsweise so eingerichtet, dass die Steuerung oder Regelung der Sekundärkühleinrichtung davon abhängt, wie stark FSekundärkühlung von 1 abweicht, wodurch mit geringen baulichen und verfahrenstechnischen Maßnahmen eine Feinjustierung der Sekundärkühlung erzielt wird.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so eingerichtet, dass die Bestimmung von TKante über eine Mittelwertbildung oder Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum erfolgt, und/oder beispielsweise über einen Breitenbereich der Kante von 5 bis 300 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung so eingerichtet sein, dass die Bestimmung von TMitte über eine Mittelwertbildung oder eine Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum erfolgt, und/oder beispielsweise über einen Breitenbereich der Mitte von 5 bis 1000 mm. Auf diese Weise können die Temperaturerfassung und die daraus folgende Steuerung bzw. Regelung der Sekundärkühlung weiter optimiert werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Sekundärkühleinrichtung einer Gießmaschine in einer Anlage zur Herstellung eines Metallbands gelöst. Das Verfahren weist auf: Erzeugen des Metallbands in Form eines Gießstrangs mittels der Gießmaschine und Fördern desselben entlang einer Förderrichtung; Kühlen des Metallbands im Bereich der Gießmaschine durch eine Sekundärkühleinrichtung, umfassend Düsenanordnungen, welche ein Kühlmittel, das vorzugsweise ein Wasser/LuftGemisch ist, auf das Metallband aufbringen; Erfassen einer Kantentemperatur TKante und einer Mittentemperatur TMitte des Metallbands mittels zumindest einer Sensoreinrichtung, wobei die Kantentemperatur TKante eine Oberflächentemperatur des Metallbands in einem kantennahen Bereich und die Mittentemperatur TMitte eine Oberflächentemperatur im mittleren Bereich des Metallbands bezeichnen; wobei eine Steuereinrichtung, die mit der Sekundärkühleinrichtung sowie der Sensoreinrichtung in Kommunikation steht, einen Fehler der Sekundärkühlung FSekundärkühlung aus der Kantentemperatur TKante und Mittentemperatur TMitte des Metallbands bestimmt und die Sekundärkühleinrichtung in Abhängigkeit des Fehlers FSekundärkühlung steuert oder regelt.
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Die technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsformen, die in Bezug auf die Anlage beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
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So ist die Sensoreinrichtung aus den oben genannten Gründen vorzugsweise stromabwärts der Sekundärkühleinrichtung installiert, insbesondere unmittelbar am Auslauf der Gießmaschine oder vor oder innerhalb oder hinter einer Walzeinrichtung.
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Vorzugsweise umfasst die Sensoreinrichtung aus den oben genannten Gründen eine Kamera, insbesondere Wärmebildkamera.
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Vorzugsweise steuert und/oder regelt die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen in dem Fall, dass die Kantentemperatur TKante größer als die Mittentemperatur TMitte ist, die Sekundärkühleinrichtung so, dass die Sekundärkühlung verstärkt wird, und/oder in dem Fall, dass die Kantentemperatur TKante niedriger als die Mittentemperatur TMitte ist, die Sekundärkühleinrichtung so, dass die Sekundärkühlung reduziert wird.
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Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen den Fehler der Sekundärkühlung FSekundärkühlung als Verhältnis aus der Kantentemperatur TKante zur Mittentemperatur TMitte des Metallbands, wobei die Steuerung oder Regelung der Sekundärkühleinrichtung insbesondere davon abhängt, wie stark FSekundärkühlung von 1 abweicht.
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Vorzugsweise nimmt die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen die Bestimmung von TKante über eine Mittelwertbildung oder Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum vor, und/oder beispielsweise über einen Breitenbereich der Kante von 5 bis 300 mm.
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Vorzugsweise nimmt die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen die Bestimmung von TMitte über eine Mittelwertbildung oder eine Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum vor, und/oder beispielsweise über einen Breitenbereich der Mitte von 5 bis 1000 mm.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, sofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- schematisch eine Anlage zur Herstellung eines Metallbands, umfassend eine Gießmaschine mit Sekundärkühlung; und
- Figur 2
- schematisch den Querschnitt eines Metallbands mit Mittenbereich und Kantenbereich.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
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Die Figur 1 zeigt schematisch eine Anlage 1 zur Herstellung von Metallbändern 100, vorzugsweise Stahlbändern. Die Anlage 1 ist beispielsweise als Warmbreitbandstraßen, CSP- oder Endlos-Anlage ausgeführt.
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Die Anlage 1 weist eine Gießmaschine 10 auf, um ein Metallband 100 in Form eines Gießstrangs zu produzieren. Das so gegossene Metallband 100 kann im Anschluss an das Gießen weiterverarbeitet, insbesondere in Brammen geteilt und durch Walzen umgeformt werden.
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Die in der Figur 1 gezeigte Gießmaschine 10 weist eine Pfanne 11 auf, in der flüssiges Metall, insbesondere Stahl, zu einem Zwischenbehälter 12 transportiert und dort hineingegossen wird. Vom Zwischenbehälter 12 fließt das flüssige Metall in eine Kokille 13, an deren Rändern das flüssige Metall im Rahmen einer Primärkühlung abgekühlt wird, wodurch sich in der Kokille 13 ein Gießstrang mit zunächst noch flüssigem Kern, jedoch bereits erstarrter, tragfähiger Strangschale bildet.
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Nachdem das Metallband 100 als Gießstrang die Kokille 13 verlassen hat, wird es mittels einer Strangführung entlang einer Förderrichtung F derart geführt, dass das Metallband 100 ausgehend vom Guss in Schwerkraftrichtung umgebogen und dann in einer waagerechten Linie weitertransportiert wird. Die Strangführung weist zu diesem Zweck mehrere, jeweils gegenüberliegende Strangführungsrollen 15 auf.
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Die Gießmaschine 10 ist hier beispielshaft als Senkrecht-Abbiegeanlage oder Bogencaster implementiert. Die Gießmaschine 10 kann jedoch auch auf andere Weise realisiert sein.
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Die Gießmaschine 10 weist ferner eine Sekundärkühleinrichtung 20 auf, umfassend Düsenanordnungen 21, die eingerichtet sind, um das Metallband 100 durch Aufbringen eines Kühlmittels, das vorzugsweise ein Wasser/Luft-Gemisch ist, zu kühlen, bis das Metallband 100 durcherstarrt ist. Die Düsenanordnungen 21 können reihenförmig aufgebaut sein und sind vorzugsweise zwischen den sich gegenüberliegenden Strangführungsrollen 15 installiert.
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Im Anschluss an die Sekundärkühlung wird das Metallband 100 weiterverarbeitet, beispielsweise mit einer in der Figur 1 nicht gezeigten Vorrichtung in Brammen geteilt und in einer Vor- und Fertigwalzstraße gewalzt.
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Die Anlage 1 umfasst ferner einen oder mehrere Sensoreinrichtungen 30 zur Temperaturmessung des Metallbands 100. Eine solche Sensoreinrichtung 30 kann, wie in Figur 1 gezeigt, am Auslauf der Gießmaschine 10, d.h. am Ende der Sekundärkühlung installiert sein, oder auch zusätzlich oder alternativ an anderen Positionen der Anlage 1, beispielsweise vor, innerhalb oder hinter einer in der Figur 1 nicht gezeigten Walzeinrichtung.
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Die Sensoreinrichtung 30 kann eine Kamera, insbesondere Wärmebildkamera, oder einen oder mehrere andere Sensoren zur Temperaturerfassung des Metallbands 100 aufweisen.
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Die Sensoreinrichtung 30 ist eingerichtet, um zumindest eine Kantentemperatur TKante und zumindest eine Mittentemperatur TMitte zu erfassen. Die Kantentemperatur TKante betrifft die Oberflächentemperatur des Metallbands 100 in einem kantennahen Bereich 101, während die Mittentemperatur TMitte eine Oberflächentemperatur im mittleren Bereich 102 des Metallbands 100 betrifft, vgl. Figur 2.
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Die Anlage 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 50 auf, die mit den verschiedenen Baugruppen der Anlage 1, Aktuatoren, Sensoren und dergleichen in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Prozessführung in Abhängigkeit von Prozessparametern zu steuern und/oder zu regeln.
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Die Steuereinrichtung 50 ist mit den zu steuernden bzw. zu regelnden und/oder auszulesenden Komponenten der Anlage 1 signaltechnisch verbunden, somit insbesondere mit der einen oder den mehreren Sensoreinrichtungen 30 sowie der Sekundärkühleinrichtung 20. Die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 50 und den zu steuernden bzw. zu regelnden und/oder auszulesenden Anlagenkomponenten kann drahtgebunden oder drahtlos, digital oder analog erfolgen. Die Steuereinrichtung 50 kann entsprechend Signale (Steuersignale, Daten usw.) empfangen und/oder senden, wobei sowohl ein Signaltransport in einer Richtung als auch in beiden Richtungen in diesem Zusammenhang unter den Begriff "Kommunikation" fällt. Die Steuereinrichtung 50 muss hierbei nicht unbedingt durch eine zentrale Recheneinrichtung oder elektronische Regelung realisiert sein, sondern es sind dezentrale und/oder mehrstufige Systeme, Regelungsnetzwerke, Cloud-Systeme und dergleichen umfasst. Die Steuerung kann zudem integraler Bestandteil einer übergeordneten Anlagensteuerung sein oder mit einer solchen kommunizieren. Die Steuereinrichtung 50 kann auch mit Anlagensteuerungen unterer Ebenen, d.h. den entsprechenden Einrichtungen zugeordneten Steuerungen kommunizieren.
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Die Steuereinrichtung 50 ist eingerichtet, um einen Fehler der Sekundärkühlung FSekundärkühlung aus dem Verhältnis der Kantentemperatur TKante zur Mittentemperatur TMitte des Metallbands 100 zu bestimmen: FSekundärkühlung = TKante / TMitte. Ist die Kantentemperatur TKante höher als die Mittentemperatur TMitte, somit FSekundärkühlung > 1, wird die Sekundärkühlung durch die Sekundärkühleinrichtung 20 in der Gießmaschine 10 verstärkt. Ist die Kantentemperatur niedriger als die Mittentemperatur, d.h. FSekundärkühlung < 1, wird die Sekundärkühlung durch die Sekundärkühleinrichtung 20 in der Gießmaschine 10 reduziert. Die Steuerung bzw. Regelreaktion kann davon abhängig gemacht werden, wie stark FSekundärkühlung von 1 abweicht.
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Durch die Sensoreinrichtung 30 erfolgt die Temperaturmessung nicht nur über die Breite B (vgl. Figur 2) des Metallbands 100, etwa gemittelt, da dies nach der Sekundärkühlung zwar sinnvoll, aber gegebenenfalls noch nicht ausreichend für die Vermeidung von Oberflächenfehlern und -defekten ist, sondern zusätzlich ist die Sensoreinrichtung 30 eingerichtet, um den kantennahen Bereich 101 separat zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Sensoreinrichtung 30 mit zusätzlicher Sensorik ausgestattet sein.
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Der Einsatz der so erweiterten Temperaturmessung unter Anwendung einer geeigneten Sensorik führt zu einer Qualitätsverbesserung der Oberfläche des Metallbands 100, insbesondere zu einer Vermeidung von Rissbildung und anderen Defekten, sowie zu besonders homogenen Materialeigenschaften des Endproduktes.
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Die Bestimmung von TKante kann beispielsweise über eine Mittelwertbildung oder Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum erfolgen, und/oder vorzugsweise über einen Breitenbereich der Kante von 5 bis 300 mm.
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Die Bestimmung von TMitte kann beispielsweise über eine Mittelwertbildung oder eine Maximalwertbestimmung über einen definierten Zeitraum erfolgen, und/oder vorzugsweise über einen Breitenbereich der Mitte von 5 bis 1000 mm.
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Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zur Herstellung eines Metallbands
- 10
- Gießmaschine
- 11
- Pfanne
- 12
- Zwischenbehälter
- 13
- Kokille
- 15
- Strangführungsrolle
- 20
- Sekundärkühleinrichtung
- 21
- Düsenanordnung
- 30
- Sensoreinrichtung
- 50
- Steuereinrichtung
- 100
- Metallband
- 101
- Kantennaher Bereich
- 102
- Mittlerer Bereich
- F
- Förderrichtung
- B
- Breite des Metallbands