WO2007042170A1 - Method for continuously casting a molten metal - Google Patents

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WO2007042170A1
WO2007042170A1 PCT/EP2006/009543 EP2006009543W WO2007042170A1 WO 2007042170 A1 WO2007042170 A1 WO 2007042170A1 EP 2006009543 W EP2006009543 W EP 2006009543W WO 2007042170 A1 WO2007042170 A1 WO 2007042170A1
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WO
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strand
continuous casting
extrusion
correlating
pumping
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/009543
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German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz Bramerdorfer
Luigi Del Re
Christian Froehlich
Christian FURTMÜLLER
Engelbert Grünbacher
Martine Hirschmanner
Karl Mörwald
Original Assignee
Siemens Vai Metals Technologies Gnbh & Co.
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 Siemens Vai Metals Technologies Gnbh & Co. filed Critical Siemens Vai Metals Technologies Gnbh & Co.
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    • 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level

Definitions

  • the invention relates to a method for continuous casting of a molten metal, wherein the molten metal from an intermediate vessel volume controlled to form a metal strand with a liquid core and a surrounding strand shell is poured into a continuous casting mold and the metal strand with liquid core from the continuous casting by means of driven rollers, preferably electrically driven rollers, pulled out and is guided over a strand guide with rollers arranged at intervals and wherein a correlated with the extrusion meter is measured on at least one driven roller and this is correlated with the strand pumps measured variable for the control of the level in the continuous casting mold.
  • driven rollers preferably electrically driven rollers
  • JP 9-29408 A2 a control method for suppressing irregular extrusion pumping and resulting quality reductions in the cast product is known.
  • the bulge of the strand between adjacent strand guide rollers is detected by measurement.
  • the measurement signal generated here is used to estimate the extruder pumping and used for compensation.
  • the use of a suitable measuring device at this exposed point between the strand guide rollers on which it permanently exposed to heat, dirt and coolant, indicates high susceptibility to interference and at least only very inaccurate measurement results.
  • JP 10-146658 A2 discloses a control method for reducing G manLiteschwankungen in the continuous casting mold and deals in a sub-area with the reduction of bulging, for which purpose the time course of G manLiteschwankungen based on a reference level is used.
  • the G manLitesignal is subjected to a frequency analysis. Long-wave disturbances are assigned to the Bulging and compensated by a regulation of the withdrawal speed. Short-wave and irregular disturbances are compensated by regulating the inflow rate in the mold.
  • a major disadvantage of this method is that the pouring mirror is subjected to a variety of disturbances, such as gravity waves on the bath surface, recirculation effects from the melt flow in the mold, deposits on the dip tube or plug and thus unpredictable flow changes, but also rapid flow changes through the sudden detachment of deposits.
  • the track properties change over time. Since the actual G recognizeaptariledge Little (pumps) from the G manLitesignal is very difficult to determine. A separation of these influences would only be possible by an exact process model of the route, but this is not realistic because of the time-varying route properties.
  • a control technology for damping the Badadorschwankept is already known from the generic DE 102 14 497 A1.
  • the power consumption is measured on one or more drive rollers and the current consumption measurements taken into account as a correction value for the flow control in the supply of molten metal from the tundish into the continuous casting mold by the Stromfact- measured value is switched as a disturbance in a control loop.
  • Changes in the current consumption which are caused for example by a change in the casting speed, or periodically recurring disturbances of the current consumption values, for example, caused by rolling impacts of out-of-round driver roles are filtered in advance from the measured power consumption signal.
  • control method described is not suitable, for example, to compensate for input dead times, so that only a portion of the attributable to the extrusion pumping mirror movements can always be eliminated.
  • the object of the invention is to avoid the difficulties and disadvantages described above and to provide a method in which the control behavior of a regulator to avoid G manadorschwankungen due to extrusion pumps is substantially improved.
  • This object is achieved according to the invention in that at least one measured variable correlating with the extrusion pumping process is processed in an arithmetic unit by incorporating at least one calculation rule and the determined value for regulating the fill level height in the continuous casting mold is used.
  • the value determined hereby can be, on the one hand, an information value that improves the control, such as, for example, an approximation of the period of the fundamental frequency of the extruder pumping.
  • the value can be used directly as an instantaneous correction value for the control of the level height.
  • the calculation rule may also include a mathematical model.
  • a calculation rule or a mathematical model for processing at least one measured variable correlating with the extrusion pumping future behavior is predicted by using known system knowledge based on the mathematical model and / or generating system knowledge derivable from the measured variable using the calculation rule or the mathematical model becomes.
  • a further and fundamental improvement of the control behavior is achieved by the fact that in addition to the correlating with the extrusion pumping process, the time course of the correlating with the extrusion pumping process is processed by including at least one calculation rule in a computing unit and thus determined value for the control of the level in the continuous casting mold is used.
  • the continuous, time-discrete or occasional recording of the measured variable correlating with the extrusion pumping and the analysis of the time course of this measured variable from a directly past time interval using predetermined analysis methods provides information on the system and disturbance characteristics, which in turn can be used for the calculation of the instantaneous correction values ,
  • the time profile of the correlated with the strand pumping measurements allows the determination of one or possibly more frequency information, in particular the calculation of the current Strangpumpfrequenz with approximately high accuracy to generate a value or correction value, which largely stabilizes the bath level in the continuous casting mold. Further frequency information can result from the harmonics over the course of the measured value.
  • a further improvement of the control behavior can be achieved if the time characteristic of the flow-rate-correlated measurement variable is used to obtain correction quantities that represent and quantify system and disturbance characteristics and which allow continuous improvement of the control parameters and a predictive or adaptive control.
  • a frequency of the extrusion pumping calculated from the time profile of the measured variable correlating with the extrusion pumping can be processed via an internal model to form a control signal, with which a known feedback control with entrance pouring level and exit plug or slide position is substantially improved.
  • the measured variable correlating with the extrusion pumping and the time course of the measured variable correlating with the extrusion pumping are processed in a mathematical model using an algorithm or a self-learning system or by using given system properties and the instantaneous correction value thus determined for the Regulation of the level used in the continuous casting mold.
  • the measured variable correlating with the extrusion pumping is preferably measured on a roller or a roller drive of at least one of the driven strand guide rollers.
  • the current consumption measured value of a strand guide roller is used as a measured variable correlating with the extrusion pumping, the course of the current consumption measurement value corresponding to the power fluctuations at the strand guide rollers.
  • This measuring signal provides a signal which is easy to measure and particularly characteristic for the extrusion pumping. If necessary, the signal of the mold level measurement or the signal of the take-off speed measurement in the control can be additionally processed as the measured variable.
  • this can be used both as a control variable for the inflow control of molten metal from the tundish into the continuous casting mold and as a control variable for the deduction control of the cast metal strand.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a continuous casting plant with a bath level control according to the invention from a control engineering point of view
  • 4 shows a block diagram of a control according to the invention with a computing unit for realizing a predictive control
  • FIG. 7 shows the course of the casting mirror fluctuation without prediction and with a prediction according to FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 shows the course of the casting mirror fluctuation taking into account an adaptive setting of the dead time and the amplification factor
  • FIG. 9 is a block diagram of a control according to the invention with the inclusion of an additional computer program for determining disturbance variable properties.
  • FIG. 1 shows a steel continuous casting plant with its essential components, without taking account of particular strand formats, cooling conditions or other structural features.
  • Molten steel 1 is filled from a ladle 2 through a bottom outlet 3 into an intermediate vessel 5 arranged above a continuous casting mold 4.
  • the molten steel 1 flows from the tundish 5 via a bottom opening 6 into a continuous casting mold 4, wherein the free cross section of the bottom opening 6 can be closed by means of a plug 7.
  • a plug 7 is height adjustable with a controller 8 according to the desired steel passage rate.
  • a slide valve not shown here, can also be provided on the intermediate vessel.
  • a strand 9 forms with a liquid core 10 and a strand shell 11 surrounding this core 10, the local thickness of which substantially depends on the intensity of the primary cooling within the continuous casting mold and subsequently on the secondary cooling in a region of the strand guide 12 following the continuous casting mold 4 depends.
  • a casting mirror 13 is formed in the continuous casting mold 4, which is covered by a casting powder layer 14.
  • the casting powder forms between the mold side walls 15 and the strand shell 1 1 from a sliding layer, which acts friction-reducing, but also affects the heat transfer from the strand 9 to the continuous casting mold 4.
  • the strand 9 formed in the continuous casting mold is guided over an arc-shaped strand guide 12 at least until its solidification. It has below the continuous casting mold castors 16 with a very small diameter and thus less roll separation, which support the strand well with the still very thin strand shell. Of these casters, however, only one is shown.
  • the castors 16 are below each other on both sides of the strand in the equidistant distance 17 (roll division) strand guide rollers 18, 19 are arranged to largely prevent bulging of the strand shell due to the ferrostatic pressure. Some of these rollers are driven strand guide rollers 19.
  • the position of the plug 7 and thus the molten steel flow rate are regulated in the following manner according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
  • a bath level measuring device 20 the actual value of the level of molten metal in the continuous casting mold 4 is determined continuously measured and this G recognizeaptal fed as a controlled variable h the controller 8.
  • at least one measuring signal Y correlated with the disturbance signal z in the present case a measured variable correlating with the extrusion pumping, in particular a current consumption measured value I n , is supplied to a controlled strand guiding roller, which is continuously detected by a current measuring instrument 21.
  • the current consumption is measured at several strand guide rollers, since for many reasons that have nothing to do with the extrusion pumps, the frictional contact and thus the torque transmission between the strand guide roller and the strand can vary. But also casting process-related casting speed changes, which also cause a change in power consumption, should be recorded and taken into account. Such periodically recurring or singular occurring disturbances in the individual current consumption signals are to be filtered in advance in the controller from the disturbance variable signal.
  • the optionally filtered current consumption measured value is processed in a computing unit 22 with a calculation rule or a predetermined mathematical model according to a specific objective, which will be explained in detail below, and the thus determined instantaneous correction value u is supplied to an actuator 25, in the present case a pressure medium cylinder , with the application of which the position of the plug 7 and thus the steel flow rate supplied to the continuous casting mold is changed.
  • an actuator 25 in the present case a pressure medium cylinder
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a continuous casting and a controller associated with it.
  • the regulation is given a reference bath level h ref .
  • At the instant casting machine at least instantaneous values of the bath level height h and the current consumption y at the strand guide rollers are measured, the instantaneous value of the bath level height h being fed directly to the controller and the current value of the current consumption y being fed to a computation unit for computational processing.
  • an instantaneous correction value is determined and applied to the control as a disturbance variable. With the correction value u influencing the amount of inflow into the mold on the position of the plug and optionally with the correction value u is an adjustment of the strand take-off speed.
  • the future value of a disturbance variable can be approximated from an almost periodic disturbance and that the injection of this value as a setpoint correction or as a correction value of the stop signal can suppress the disturbance, whereby here the most unavoidable , although often only small dead times, is pointed out as the starting point for a prediction.
  • FIG. 3 shows in a block diagram the components of a continuous casting plant which are relevant in terms of control technology.
  • the take-off speed is assumed to be constant here, but could also be regulated.
  • the actuating signal u should be specified so that the level of the casting mirror h corresponds to a desired reference height h re ⁇ and should usually be as constant as possible in continuous system operation.
  • the control signal u is moved over the plug servo system of the plug and thus allows a change of the inflow to the mold.
  • dead time Td dead time
  • the drain corresponds to the amount of molten metal melt which is drawn off by the moving strand and is proportional to the withdrawal speed or the casting speed.
  • the pump Z coming from the line and unknown is drawn.
  • This pump is coupled by a coupling with the measurable on the drive motors correlating measurement signal (power consumption signal), which is available as a measurement signal.
  • the dynamics of the plug servo system and that of the sensor are considered fast and therefore ignored.
  • the coupling is simply seen as a constant factor.
  • the energy intake signal Y can be regarded as an estimated value for the disturbance Z. If one then uses the energy intake signal Y at the current time (Y (t)) and this then by the dead time of the system (Td) in the future as Y (t + Td) available, one can compensate for the disturbance by the pump by simply subtracting Y (t + Td) at the input of the system.
  • a conventional regulator e.g., a PI regulator
  • This controller is now supplemented by the prediction block by the compensation signal (instantaneous correction value) K is determined.
  • the signal Y (t) which corresponds to the energy absorption measured value, is shown in FIG. 5 shown. It has certain periodic properties that are given due to the plant. Assuming now that one knows the period T of the fundamental, one can causally shift this signal by just this time T and one obtains the signal Y (tT), shown in FIG. 5 as a dotted line. It can be clearly seen that the two signals (as expected) are similar, almost congruent. One can now use this property to make an estimate of the signal Y (t) in the future by the time Td by using the past of the signal Y (t-T + Td). The value Y (t-T + Td) can now serve as an estimate for the value Y (t + Td) (FIG. 6).
  • FIG. 7 the result in FIG. 7 can be achieved.
  • FIG. 8 shows the result of such an adaptive adjustment (by a mathematical calculation).
  • the compensation is switched on with the adaptive gain factor and the adaptive dead time determination.
  • the G learntikschwankepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptept
  • the calculation of a correction value requires information about the system (gains, dead times) as well as about the characteristics of the fault (which are also characteristics of the system). These properties may be known a priori, or may come from different sources, for example from the measurement the G fauxadormai Little or the strand take-off speed. According to the invention, however, the measurement of the currents can also be used to supplement or to obtain this information. For example, as shown in Figure 9, the current signal may be used to estimate the current period (or frequency) of pumping. This is done with the additional block for the determination of disturbance characteristics. With this period then, for example, a prediction, as described above, take place.
  • the period can be e.g. estimated by an auto-correlation from the signal Y or e.g. the period T determined by means of an optimization routine in which the error of the signal Y with itself by the period T shifted over a certain period of time is minimized determined.
  • the inventive method can be realized in strand guide rollers with different drive systems.
  • the strand guide rollers can be both electrically driven, as well as have a hydraulic or combined hydraulic-electric drive, with hydraulically driven rollers taking into account the changing hydraulic pressures should occur.

Abstract

The inventive method for continuously casting a molten metal consists in introducing a molten metal whose quantity is controlled by an intermediate vessel into a strand casting mould by forming a metal strand having a liquid core surrounded by a strand shell, in extracting said metal strand having a liquid core from the strand casting mould by means of driven rollers, in guiding it by a strand guide comprising remotely mounted rollers, in measuring measurable quantity for strand pumping correlation on at least one driven roller and in using said quantity for controlling the filling level of the strand casting mould, in processing at least one measurable quantity for the strand pumping correlation by introducing at least one rule for computing into a data processor and in using the thus obtainable value for adjusting the filling level of the strand casting mould. In order to improve the control behaviour of a controller while variation of the molten metal level caused by the strand pumping, least one measurable quantity for the strand pumping correlation is processed by introducing at least one rule for computing into the data processor and the thus obtainable value is used for adjusting the filling level of the strand casting mould.

Description

Verfahren zum Stranqqießen einer Metallschmelze:Method for pouring a molten metal:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Zwischengefäß mengengeregelt unter Bildung eines Metallstranges mit einem flüssigen Kern und einem diesen umhüllenden Strangschale in eine Stranggießkokille gegossen wird und der Metallstrang mit flüssigem Kern aus der Stranggießkokille mittels angetriebener Rollen, vorzugsweise elektrisch angetriebener Rollen, ausgezogen und über eine Strangführung mit in Abständen angeordneten Rollen geführt wird und wobei eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße an mindestens einer angetriebenen Rolle gemessen wird und diese mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.The invention relates to a method for continuous casting of a molten metal, wherein the molten metal from an intermediate vessel volume controlled to form a metal strand with a liquid core and a surrounding strand shell is poured into a continuous casting mold and the metal strand with liquid core from the continuous casting by means of driven rollers, preferably electrically driven rollers, pulled out and is guided over a strand guide with rollers arranged at intervals and wherein a correlated with the extrusion meter is measured on at least one driven roller and this is correlated with the strand pumps measured variable for the control of the level in the continuous casting mold.
Beim kontinuierlichen Stranggießen ist es für die Ausbildung einer einheitlichen rissfreien Strangschale generell von besonderer Bedeutung, dass das Badspiegelniveau auf einer weitgehend konstanten Höhe gehalten wird. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Primärkühlung und ein gleichmäßiges Schalenwachstum über die Gießzeit. Bei speziellen Stahlqualitäten, z. B. peritektischen Stählen, kommt es während des kontinuierlichen Gießvorganges zu einem unregelmäßig auftretenden Heben und Senken des Badspiegels, das als „Strangpumpen" (bulging, mold level hunting) bekannt ist. Strangpumpen wird im Weiteren als Phänomen verstanden, bei dem ein ermittelbarer Zusammenhang zwischen einem mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße und der Badspiegelbewegung feststellbar ist.In continuous continuous casting, it is generally of particular importance for the formation of a uniform crack-free strand shell that the level of the bath level is kept at a largely constant level. This allows a uniform primary cooling and a uniform shell growth over the casting time. For special steel qualities, eg. As peritectic steels, it comes during the continuous casting process to an irregularly occurring raising and lowering of the bath level, which is known as "string pumping" (bulging, mold level hunting) is further understood as a phenomenon in which a determinable relationship between a correlated with the extrusion pumping variable and the Badspiegelbewegung is determined.
Es ist ein Merkmal dieser periodisch auftretenden Störung, dass sie bei einer bestimmten Gießgeschwindigkeit mit einer Periodendauer auftritt, die in etwa der durchschnittlichen Rollenteilung mindestens eines Bereiches der Strangführung entspricht. Im besonderen Maße tritt das Strangpumpen bei Stranggießanlagen auf, bei denen die Rollenteilung in der Strangführung über längere Abschnitte konstant ist. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass neben der Grundwelle auch harmonische Oberwellen bis etwa zur 7. Oberwelle auftreten können. In der Fachliteratur finden sich Hinweise, dass bei Strangführungen mit stark wechselnder Rollenteilung entlang ihre Länge das Strangpumpen nicht mehr oder nur stark reduziert auftritt. In der EP 1 095 720 A1 ist eine Lösung beschrieben, bei der in jedem Segment der Strangführung zumindest eine Rolle außerhalb einer Standardteilung positioniert ist. Durch eine geeignete Wahl des Rollenplanes und die sich daraus ergebenden Phasenverschiebungen sollen die sich aus konstanter Rollenteilung ergebenden frequenzgebundenen Gießspiegelschwankungen unterbunden bzw. stark gemindert werden. Das Vorsehen geometrischer Unregelmäßigkeiten in einer Strangführung, die keineswegs willkürlich sind und somit wieder eine Regelmäßigkeit beinhalten, können das Problem des Strangpumpens wahrscheinlich nicht grundsätzlich lösen und verteuern zusätzlich die Stranggießanlage. Darüber hinaus ist eine derartige mechanische Lösung bei einer bestehenden Anlage nicht realisierbar.It is a feature of this periodic disturbance that it occurs at a certain casting speed with a period approximately equal to the average roll pitch of at least a portion of the strand guide. In particular, the extrusion pumping occurs in continuous casting plants, in which the roller pitch in the strand guide is constant over longer sections. Recent studies have shown that harmonic harmonics up to the 7th harmonic wave can occur in addition to the fundamental wave. In the literature, there is evidence that in strand guides with strongly changing role division along their length the Extrusion pumps no longer or only greatly reduced occurs. EP 1 095 720 A1 describes a solution in which at least one roller is positioned outside a standard pitch in each segment of the strand guide. By a suitable choice of the roller plan and the resulting phase shifts the frequency-bound Gießspiegelschwankungen resulting from a constant division of roles should be prevented or greatly reduced. The provision of geometric irregularities in a strand guide, which are by no means arbitrary and thus again include a regularity, probably can not fundamentally solve the problem of extrusion pumping and additionally increase the cost of the continuous casting plant. In addition, such a mechanical solution in an existing system is not feasible.
Es konnte festgestellt werden, dass das Strangpumpen nur oberhalb einer empirisch zu ermittelnden kritischen Gießgeschwindigkeit auftritt, die wiederum vom verwendeten Gießpulver und der angewendeten Sekundärkühlung des Stranges in der Strangführung abhängt. Eine Beschränkung der Gießgeschwindigkeit ist jedoch aus Sicht eines steten Trends zu Kapazitätssteigerungen nicht akzeptabel.It could be stated that the extrusion pumping only occurs above an empirically determined critical casting speed, which in turn depends on the casting powder used and the secondary cooling of the strand in the strand guide used. However, limiting the casting speed is unacceptable from the standpoint of a steady trend towards capacity increases.
Grundlegende übereinstimmende Überlegungen zum Entstehen von periodischen Badspiegelschwankungen infolge Strangpumpens finden sich bereits in der AT 410 409 B und der EP 1 095 720 A1. Aus der JP 11-170021 A2 ist bereits ein Verfahren zur automatischen Feststellung des Strangpumpens beschrieben. Hierbei werden die Antriebsströme elektrisch angetriebener Treiberrollen messtechnisch erfasst und Änderungen dieser Antriebsströme mit Änderungen des Badspiegelniveaus in der Kokille verglichen. Eine weitgehende Übereinstimmung im Signalverlauf für die Änderung des Gießspiegels und der Antriebsströme wird als Indiz für Strangpumpen angesehen.Basic consensus considerations on the emergence of periodic Badspiegelschwankungen due to extrusion pumping can already be found in AT 410 409 B and EP 1 095 720 A1. From JP 11-170021 A2 a method for automatic determination of the extrusion pumping is already described. In this case, the drive currents of electrically driven driver rollers are detected metrologically and compared changes of these drive currents with changes in Badspiegel levels in the mold. An extensive match in the signal curve for the change in the casting level and the drive currents is considered to be an indication of string pumps.
Aus der JP 9-29408 A2 ist ein Regelverfahren zur Unterdrückung unregelmäßigen Strangpumpens und daraus resultierenden Qualitätsminderungen am gegossenen Produkt bekannt. Neben der Messung der Badspiegelhöhe und der Strangabzugsgeschwindigkeit und der darauf basierenden üblichen Regelung des Zuflusses wird zusätzlich die Ausbauchung des Stranges zwischen benachbarten Strangführungsrollen messtechnisch erfasst. Das hierbei generierte Messsignal wird zur Abschätzung des Strangpumpens herangezogen und zur Kompensation verwendet. Der Einsatz eines geeigneten Messgerätes an dieser exponierten Stelle zwischen den Strangführungsrollen, an der es permanent Hitze, Schmutz und Kühlmittel ausgesetzt ist, lässt auf hohe Störungsanfälligkeit und zumindest nur sehr ungenaue Messergebnisse schließen.From JP 9-29408 A2 a control method for suppressing irregular extrusion pumping and resulting quality reductions in the cast product is known. In addition to the measurement of the Badspiegelhöhe and the strand take-off speed and based thereon customary regulation of the inflow additionally the bulge of the strand between adjacent strand guide rollers is detected by measurement. The measurement signal generated here is used to estimate the extruder pumping and used for compensation. The use of a suitable measuring device at this exposed point between the strand guide rollers on which it permanently exposed to heat, dirt and coolant, indicates high susceptibility to interference and at least only very inaccurate measurement results.
Die JP 10-146658 A2 offenbart eine Regelverfahren zur Verminderung von Gießspiegelschwankungen in der Stranggießkokille und beschäftigt sich in einem Teilbereich mit der Verminderung von Bulging, wobei hierfür der zeitliche Verlauf der Gießspiegelschwankungen bezogen auf ein Referenzniveau herangezogen wird. Das Gießspiegelsignal wird einer Frequenzanalyse unterzogen. Langwellige Störungen werden dem Bulging zugeordnet und über eine Regelung der Abzugsgeschwindigkeit kompensiert. Kurzwellige und unregelmäßige Störungen werden durch eine Regelung der Zuflussmenge in der Kokille kompensiert. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Gießspiegel einer Vielzahl von Störungen unterworfen ist, wie beispielsweise Schwerewellen an der Badoberfläche, Rezirkulationseffekte aus der Schmelzenströmung in der Kokille, Anlagerungen am Tauchrohr oder am Stopfen und somit unvorhersehbare Durchflussveränderungen, aber auch schnelle Durchflussänderungen durch das plötzliche Ablösen von Anlagerungen. Zusätzlich ändern sich die Streckeneigenschaften mit der Zeit. Da sich die tatsächliche Gießspiegelhöhe zusätzlich aus einer Überlagerung von Zufluss, Strangabzug und Strangpumpen ergibt, ist eine Bestimmung der Störgröße (Pumpen) aus dem Gießspiegelsignal nur sehr schwer ermittelbar. Eine Trennung dieser Einflüsse wäre nur durch ein genaues Prozessmodell der Strecke möglich, das aber wegen der sich zeitlich verändernden Streckeneigenschaften nicht realistisch ist.JP 10-146658 A2 discloses a control method for reducing Gießspiegelschwankungen in the continuous casting mold and deals in a sub-area with the reduction of bulging, for which purpose the time course of Gießspiegelschwankungen based on a reference level is used. The Gießspiegelsignal is subjected to a frequency analysis. Long-wave disturbances are assigned to the Bulging and compensated by a regulation of the withdrawal speed. Short-wave and irregular disturbances are compensated by regulating the inflow rate in the mold. A major disadvantage of this method is that the pouring mirror is subjected to a variety of disturbances, such as gravity waves on the bath surface, recirculation effects from the melt flow in the mold, deposits on the dip tube or plug and thus unpredictable flow changes, but also rapid flow changes through the sudden detachment of deposits. In addition, the track properties change over time. Since the actual Gießspiegelhöhe additionally results from a superposition of inflow, strand extraction and extruder pumps, a determination of the disturbance variable (pumps) from the Gießspiegelsignal is very difficult to determine. A separation of these influences would only be possible by an exact process model of the route, but this is not realistic because of the time-varying route properties.
Ein regeltechnisches Verfahren zur Dämpfung der Badspiegelschwankungen ist bereits aus der gattungsbildenden DE 102 14 497 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird an einer oder mehreren Treiberrollen die Stromaufnahme gemessen und die Stromaufnahme- Messwerte als Korrekturwert für die Mengenregelung bei der Zufuhr der Metallschmelze vom Zwischengefäß in die Stranggießkokille berücksichtigt, indem der Stromaufnahme- Messwert als Störgröße in einen Regelkreis aufgeschalten wird. Änderungen in der Stromaufnahme, die beispielsweise durch eine Änderung der Gießgeschwindigkeit hervorgerufen werden, oder periodisch wiederkehrende Störungen der Stromaufnahme- Werte, beispielsweise hervorgerufen durch Rollenschläge unrund laufender Treiberrollen, werden vorab aus dem gemessenen Stromaufnahme-Signal herausgefiltert. Das beschriebene Regelverfahren ist jedoch nicht geeignet, beispielsweise Eingangstotzeiten zu kompensieren, sodass stets nur ein Teil der auf das Strangpumpen zurückführbaren Badspiegelbewegungen beseitigt werden kann. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die oben beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, bei dem das Regelverhalten eines Reglers zur Vermeidung von Gießspiegelschwankungen infolge von Strangpumpen wesentlich verbessert wird.A control technology for damping the Badspiegelschwankungen is already known from the generic DE 102 14 497 A1. In this method, the power consumption is measured on one or more drive rollers and the current consumption measurements taken into account as a correction value for the flow control in the supply of molten metal from the tundish into the continuous casting mold by the Stromaufnahme- measured value is switched as a disturbance in a control loop. Changes in the current consumption, which are caused for example by a change in the casting speed, or periodically recurring disturbances of the current consumption values, for example, caused by rolling impacts of out-of-round driver roles are filtered in advance from the measured power consumption signal. However, the control method described is not suitable, for example, to compensate for input dead times, so that only a portion of the attributable to the extrusion pumping mirror movements can always be eliminated. The object of the invention is to avoid the difficulties and disadvantages described above and to provide a method in which the control behavior of a regulator to avoid Gießspiegelschwankungen due to extrusion pumps is substantially improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.This object is achieved according to the invention in that at least one measured variable correlating with the extrusion pumping process is processed in an arithmetic unit by incorporating at least one calculation rule and the determined value for regulating the fill level height in the continuous casting mold is used.
Bei dem hiermit ermittelten Wert kann es sich zum einen um einen die Regelung verbessernden Informationswert handeln, wie beispielsweise eine Näherung der Periodendauer der Grundfrequenz des Strangpumpens. Zum anderen kann der Wert direkt als momentaner Korrekturwert für die Regelung der Füllstandshöhe herangezogen werden.The value determined hereby can be, on the one hand, an information value that improves the control, such as, for example, an approximation of the period of the fundamental frequency of the extruder pumping. On the other hand, the value can be used directly as an instantaneous correction value for the control of the level height.
Die Rechenvorschrift kann auch ein mathematisches Modell umfassen. Mit der Einbindung einer Rechenvorschrift oder eines mathematischen Modells zur Verarbeitung mindestens einer mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße wird zukünftiges Verhalten prädiktiert, indem bekanntes, dem mathematischen Modell zugrunde gelegtes Systemwissen herangezogen und/oder indem aus der Messgröße ableitbares Systemwissen mit der Rechenvorschrift oder des mathematischen Modells generiert wird.The calculation rule may also include a mathematical model. By incorporating a calculation rule or a mathematical model for processing at least one measured variable correlating with the extrusion pumping, future behavior is predicted by using known system knowledge based on the mathematical model and / or generating system knowledge derivable from the measured variable using the calculation rule or the mathematical model becomes.
Als Systemwissen wären hier beispielsweise die systemimmanenten Totzeiten anzusehen, die sich aus baulichen Gegebenheiten und Materialtransport, sowie durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Sensorik und Steuerung, sowie weiteren unvermeidbaren Verzögerungen zu einer Systemtotzeit summieren.As system knowledge, for example, the system-inherent dead times, which result from structural conditions and material transport, as well as from the processing speed of sensors and control, as well as further unavoidable delays, add up to a system dead time.
Auf Basis des bisher bekannten Wissens zur Mechanik und dem dynamischen Verhalten der Strangschale auf der Transportstrecke zwischen den jeweils aufeinander folgenden Strangführungsrollen, wie es in der DE 102 14 497 A1 dargelegt ist, und aus dem Vergleich von Kurvenverläufen des Stromaufnahmesignals der Treiberrollen und des Badspiegelsignals in der Stranggießkokille war es bis zu diesem Zeitpunkt nicht möglich - und es wurde als unwahrscheinlich angesehen - aus diesen Signalverläufen regelungstechnisch verwertbare Aussagen für das zukünftige Systemverhalten abzuleiten. Die Berücksichtigung von Systemwissen ermöglicht nunmehr eine das Regelverhalten verbessernde Veränderung der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße.On the basis of the previously known knowledge of the mechanics and the dynamic behavior of the strand shell on the transport path between each successive strand guide rollers, as set forth in DE 102 14 497 A1, and from the comparison of curves of the current recording signal of the driver rollers and the bath level signal in The continuous casting mold was not possible until this time - and it was considered unlikely - to derive from these waveforms validated statements for future system behavior. The consideration of system knowledge now makes it possible to improve the control behavior by changing the measured variable correlated with the extrusion pumping.
Eine weitergehende und grundlegende Verbesserung des Regelverhaltens wird dadurch erreicht, dass zusätzlich zur mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße auch der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet wird und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.A further and fundamental improvement of the control behavior is achieved by the fact that in addition to the correlating with the extrusion pumping process, the time course of the correlating with the extrusion pumping process is processed by including at least one calculation rule in a computing unit and thus determined value for the control of the level in the continuous casting mold is used.
Die kontinuierliche, zeitdiskrete oder gelegentliche Aufnahme der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße und die Analyse des zeitlichen Verlaufes dieser Messgröße aus einem unmittelbar zurückliegenden Zeitintervall unter Anwendung vorgegebener Analysemethoden liefert Informationen zu den System- und Störeigenschaften, die wiederum für die Berechnung der momentanen Korrekturwerte herangezogen werden können.The continuous, time-discrete or occasional recording of the measured variable correlating with the extrusion pumping and the analysis of the time course of this measured variable from a directly past time interval using predetermined analysis methods provides information on the system and disturbance characteristics, which in turn can be used for the calculation of the instantaneous correction values ,
Neben dem bekannten Wissen über die Frequenz des Strangpumpens, das bei annähernd konstanter Rollenteilung der Strangführungsrollen weitgehend mit dieser Strangteilung korreliert, ermöglicht der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messwerte die Ermittlung einer oder gegebenenfalls mehrerer Frequenzinformation, insbesondere die Berechnung der momentanen Strangpumpfrequenz, mit annähernd großer Genauigkeit, um daraus einen Wert oder Korrekturwert zu generieren, der den Badspiegel in der Stranggießkokille weitgehend stabilisiert. Weitere Frequenzinformationen können sich aus den Oberschwingungen im zeitlichen Verlauf des Messwertes ergeben.In addition to the known knowledge about the frequency of extrusion pumping, which largely correlates with this strand division with approximately constant roll separation of the strand guide rollers, the time profile of the correlated with the strand pumping measurements allows the determination of one or possibly more frequency information, in particular the calculation of the current Strangpumpfrequenz with approximately high accuracy to generate a value or correction value, which largely stabilizes the bath level in the continuous casting mold. Further frequency information can result from the harmonics over the course of the measured value.
Eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens kann erreicht werden, wenn der Zeitverlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Gewinnung von Korrekturgrößen verwendet wird, die System- und Störeigenschaften repräsentieren und quantifizieren, und die eine laufende Verbesserung der Regelparameter und eine prädiktive oder adaptive Regelung ermöglichen. Eine aus dem zeitlichen Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße errechnete Frequenz des Strangpumpens kann hierbei über ein internes Modell zu einem Steuersignal verarbeitet werden, mit dem eine an sich bekannte Feedbackregelung mit Eingang Gießspiegelniveau und Ausgang Stopfen- oder Schieberposition wesentlich verbessert wird. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße und der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße in einem mathematischen Modell unter Anwendung eines Algorithmus oder eines selbstlernenden Systems oder unter Verwendung von gegebenen Systemeigenschaften verarbeitet und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen.A further improvement of the control behavior can be achieved if the time characteristic of the flow-rate-correlated measurement variable is used to obtain correction quantities that represent and quantify system and disturbance characteristics and which allow continuous improvement of the control parameters and a predictive or adaptive control. In this case, a frequency of the extrusion pumping calculated from the time profile of the measured variable correlating with the extrusion pumping can be processed via an internal model to form a control signal, with which a known feedback control with entrance pouring level and exit plug or slide position is substantially improved. According to a further embodiment of the invention, the measured variable correlating with the extrusion pumping and the time course of the measured variable correlating with the extrusion pumping are processed in a mathematical model using an algorithm or a self-learning system or by using given system properties and the instantaneous correction value thus determined for the Regulation of the level used in the continuous casting mold.
Vorzugsweise wird die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße an einer Rolle oder einem Rollenantrieb mindestens einer der angetriebenen Strangführungsrollen gemessen. Vorzugsweise wird als eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße der Stromaufnahme-Messwert einer Strangführungsrolle herangezogen, wobei der Verlauf des Stromaufnahme-Messwertes den Leistungschwankungen an den Strangführungsrollen entspricht. Dieses Messsignal liefert ein leicht zu messendes und für das Strangpumpen besonders charakteristisches Signal. Als Messgröße kann gegebenenfalls zusätzlich das Signal der Gießspiegelhöhenmessung oder das Signal der Abzugsgeschwindigkeitsmessung in der Regelung mit verarbeitet werden.The measured variable correlating with the extrusion pumping is preferably measured on a roller or a roller drive of at least one of the driven strand guide rollers. Preferably, the current consumption measured value of a strand guide roller is used as a measured variable correlating with the extrusion pumping, the course of the current consumption measurement value corresponding to the power fluctuations at the strand guide rollers. This measuring signal provides a signal which is easy to measure and particularly characteristic for the extrusion pumping. If necessary, the signal of the mold level measurement or the signal of the take-off speed measurement in the control can be additionally processed as the measured variable.
Bei einer Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggießkokille mit dem erfindungsgemäß ermittelten momentanen Korrekturwert kann dieser sowohl als Regelgröße für die Zuflussregelung der Metallschmelze vom Zwischengefäß in die Stranggießkokille als auch als Regelgröße für die Abzugsregelung des gegossenen Metallstranges herangezogen werden.In a regulation of the level height in the continuous casting mold with the inventively determined instantaneous correction value, this can be used both as a control variable for the inflow control of molten metal from the tundish into the continuous casting mold and as a control variable for the deduction control of the cast metal strand.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of non-limiting embodiments, reference being made to the attached figures, which show:
Fig. 1 eine Stranggießanlage in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt unter Einbindung der erfindungsgemäßen Regelung,1 is a continuous casting in a schematic representation in a longitudinal section with the inclusion of the inventive control,
Fig. 2 ein Blockdiagramm mit der Einbindung der erfindungsgemäßen Regelung in die Stranggießanlage,2 shows a block diagram with the integration of the control according to the invention into the continuous casting plant,
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Stranggießanlage mit einer erfindungsgemäßen Badspiegelregelung aus regelungstechnischer Sicht, Fig. 4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Regelung mit einer Recheneinheit zur Realisierung einer prädiktiven Regelung,3 shows a block diagram of a continuous casting plant with a bath level control according to the invention from a control engineering point of view, 4 shows a block diagram of a control according to the invention with a computing unit for realizing a predictive control,
Fig. 5 Darstellung eines Störsignals Y(t) und dessen Überlagerung mit einem Störsignal aus einer früheren Zeitperiode Y(t-T),5 shows an interference signal Y (t) and its superposition with a noise signal from an earlier time period Y (t-T),
Fig. 6 Darstellung eines prognostizierten Störsignals Yp zum Zeitpunkt (t-T-dT),6 shows a representation of a predicted interference signal Yp at the time (t-T-dT),
Fig. 7 Verlauf der Gießspiegelschwankung ohne Prädiktion und mit einer Prädiktion gemäß Figur 6,7 shows the course of the casting mirror fluctuation without prediction and with a prediction according to FIG. 6, FIG.
Fig. 8 Verlauf der Gießspiegelschwankung unter Einbeziehung einer adaptiven Einstellung der Totzeit und des Verstärkungsfaktors,FIG. 8 shows the course of the casting mirror fluctuation taking into account an adaptive setting of the dead time and the amplification factor, FIG.
Fig. 9 Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Regelung unter Einbindung eines zusätzlichen Rechenprogramms zur Bestimmung von Störgrößeneigenschaften.9 is a block diagram of a control according to the invention with the inclusion of an additional computer program for determining disturbance variable properties.
In Figur 1 ist eine Stahl-Stranggießanlage mit ihren wesentlichen Bauteilen, ohne Berücksichtigung besonderer Strangformate, Kühlbedingungen oder sonstiger baulicher Eigenheiten, dargestellt. Stahlschmelze 1 wird aus einer Gießpfanne 2 durch einen Bodenauslass 3 in ein oberhalb einer Stranggießkokille 4 angeordnetes Zwischengefäß 5 eingefüllt. Die Stahlschmelze 1 fließt vom Zwischengefäß 5 über eine Bodenöffnung 6 in eine Stranggießkokille 4, wobei der freie Querschnitt der Bodenöffnung 6 mittels eines Stopfens 7 verschließbar ist. Zur Einstellung der Durchflussmenge ist der Stopfen 7 mit einem Regler 8 entsprechend der gewünschten Stahldurchtrittsmenge höheneinstellbar. Anstelle des Stopfens 7 kann auch ein hier nicht dargestellter Schieberverschluss am Zwischengefäß vorgesehen sein.FIG. 1 shows a steel continuous casting plant with its essential components, without taking account of particular strand formats, cooling conditions or other structural features. Molten steel 1 is filled from a ladle 2 through a bottom outlet 3 into an intermediate vessel 5 arranged above a continuous casting mold 4. The molten steel 1 flows from the tundish 5 via a bottom opening 6 into a continuous casting mold 4, wherein the free cross section of the bottom opening 6 can be closed by means of a plug 7. To adjust the flow rate of the plug 7 is height adjustable with a controller 8 according to the desired steel passage rate. Instead of the plug 7, a slide valve, not shown here, can also be provided on the intermediate vessel.
In der Stranggießkokille bildet sich ein Strang 9 mit einem flüssigem Kern 10 und einer diesen Kern 10 umhüllenden Strangschale 11 , deren örtliche Dicke wesentlich von der Intensität der Primärkühlung innerhalb der Stranggießkokille und im Weiteren von der Sekundärkühlung in einem der Stranggießkokille 4 nachfolgenden Bereich der Strangführung 12 abhängt. Bei einem vorgesehenen Niveau N bildet sich in der Stranggießkokille 4 ein Gießspiegel 13 aus, der von einer Gießpulverschicht 14 bedeckt ist. Das Gießpulver bildet zwischen den Kokillenseitenwänden 15 und der Strangschale 1 1 eine Gleitschicht aus, die reibungsvermindemd wirkt, die allerdings auch den Wärmeübergang vom Strang 9 zur Stranggießkokille 4 beeinflusst.In the continuous casting mold, a strand 9 forms with a liquid core 10 and a strand shell 11 surrounding this core 10, the local thickness of which substantially depends on the intensity of the primary cooling within the continuous casting mold and subsequently on the secondary cooling in a region of the strand guide 12 following the continuous casting mold 4 depends. At a designated level N, a casting mirror 13 is formed in the continuous casting mold 4, which is covered by a casting powder layer 14. The casting powder forms between the mold side walls 15 and the strand shell 1 1 from a sliding layer, which acts friction-reducing, but also affects the heat transfer from the strand 9 to the continuous casting mold 4.
Der in der Stranggießkokille ausgebildete Strang 9 wird über eine bogenförmig gestaltete Strangführung 12 zumindest bis zu seiner Durcherstarrung geführt. Sie weist unterhalb der Stranggießkokille Fußrollen 16 mit sehr kleinem Durchmesser und damit geringer Rollenteilung auf, die den Strang mit der noch sehr dünnen Strangschale gut abstützen. Von diesen Fußrollen ist jedoch nur eine dargestellt.The strand 9 formed in the continuous casting mold is guided over an arc-shaped strand guide 12 at least until its solidification. It has below the continuous casting mold castors 16 with a very small diameter and thus less roll separation, which support the strand well with the still very thin strand shell. Of these casters, however, only one is shown.
Den Fußrollen 16 nachfolgend sind beidseitig des Stranges jeweils im äquidistanten Abstand 17 (Rollenteilung) Strangführungsrollen 18, 19 angeordnet, die ein Ausbauchen der strangschale infolge des ferrostatischen Druckes weitgehend verhindern sollen. Einige dieser Rollen sind angetriebene Strangführungsrollen 19.The castors 16 are below each other on both sides of the strand in the equidistant distance 17 (roll division) strand guide rollers 18, 19 are arranged to largely prevent bulging of the strand shell due to the ferrostatic pressure. Some of these rollers are driven strand guide rollers 19.
Um das Phänomen des Strangpumpens weitestgehend zu vermeiden, wird gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Stellung des Stopfens 7 und damit die Stahlschmelze-Durchflussmenge in folgender Weise geregelt: Mittels einer Badspiegel- Messeinrichtung 20 wird der Istwert des Niveaus der Metallschmelze in der Stranggießkokille 4 kontinuierlich gemessen und dieses Gießspiegelsignal als Regelgröße h dem Regler 8 zugeführt. Weiters wird dem Regler 8 zumindest ein mit dem Störsignal z korrelierendes Messsignal Y, im vorliegenden Fall eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße, insbesondere ein Stromaufnahme-Messwert In einer angetriebenen Strangführungsrolle zugeführt, der von einem Stromstärke-Messgerät 21 kontinuierlich erfasst wird. Zweckmäßig wird die Stromaufnahme an mehreren Strangführungsrollen gemessen, da aus vielen Gründen, die mit dem Strangpumpen nichts zu tun haben, der Reibkontakt und damit die Drehmomentübertragung zwischen der Strangführungsrolle und dem Strang variieren kann. Aber auch gießprozessbedingte Gießgeschwindigkeitsänderungen, die ebenfalls eine Änderung der Stromaufnahme bedingen, sollen erfasst und berücksichtigt werden. Derartige periodisch wiederkehrende oder singulär auftretende Störungen in den einzelnen Stromaufnahmesignalen sollen vorab im Regler aus dem Störgrößensignal herausgefiltert werden. Der gegebenenfalls gefilterte Stromaufnahme-Messwert wird in einer Recheneinheit 22 mit einer Rechenvorschrift oder einem vorgegebenen mathematischen Modell entsprechend einer spezifischen Zielsetzung, die im Weiteren im Detail erläutert wird, verarbeitet und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert u einem Aktuator 25, im vorliegenden Fall einem Druckmittelzylinder zugeführt, mit dessen Beaufschlagung die Position des Stopfens 7 und damit die der Stranggießkokille zugeführte Stahldurchflussmenge verändert wird. Damit wird das Gießspiegelniveau h unter weitgehendem Verschwinden des Strangpumpens neu eingestellt.In order to avoid the phenomenon of extrusion pumping as far as possible, the position of the plug 7 and thus the molten steel flow rate are regulated in the following manner according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1. By means of a bath level measuring device 20 the actual value of the level of molten metal in the continuous casting mold 4 is determined continuously measured and this Gießspiegelsignal fed as a controlled variable h the controller 8. Furthermore, at least one measuring signal Y correlated with the disturbance signal z, in the present case a measured variable correlating with the extrusion pumping, in particular a current consumption measured value I n , is supplied to a controlled strand guiding roller, which is continuously detected by a current measuring instrument 21. Suitably, the current consumption is measured at several strand guide rollers, since for many reasons that have nothing to do with the extrusion pumps, the frictional contact and thus the torque transmission between the strand guide roller and the strand can vary. But also casting process-related casting speed changes, which also cause a change in power consumption, should be recorded and taken into account. Such periodically recurring or singular occurring disturbances in the individual current consumption signals are to be filtered in advance in the controller from the disturbance variable signal. The optionally filtered current consumption measured value is processed in a computing unit 22 with a calculation rule or a predetermined mathematical model according to a specific objective, which will be explained in detail below, and the thus determined instantaneous correction value u is supplied to an actuator 25, in the present case a pressure medium cylinder , with the application of which the position of the plug 7 and thus the steel flow rate supplied to the continuous casting mold is changed. Thus, the Gießspiegelniveau h is readjusted with a large disappearance of extrusion pumping.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Blockbilddarstellung eine Stranggießanlage und einen ihr zugeordneten Regler. Der Regelung ist eine Referenzbadspiegelhöhe href vorgegeben. An der Stranggießanlage werden zumindest Momentanwerte der Badspiegelhöhe h und der Stromaufnahme y an den Strangführungsrollen gemessen, wobei der Momentanwert der Badspiegelhöhe h dem Regler unmittelbar zugeführt wird und der Momentanwert der Stromaufnahme y einer rechentechnischen Verarbeitung in einer Recheneinheit zugeführt wird. Unter Berücksichtigung von anlagenspezifischen und produktionsspezifischen Systeminformationen wird ein momentaner Korrekturwert ermittelt und der Regelung als Störgröße aufgeschalten. Mit dem Korrekturwert u erfolgt die Beeinflussung Zuflussmenge in die Kokille über die Position des Stopfens und gegebenenfalls mit dem Korrekturwert u eine Anpassung der Strangabzugsgeschwindigkeit.Figure 2 shows a schematic block diagram of a continuous casting and a controller associated with it. The regulation is given a reference bath level h ref . At the instant casting machine, at least instantaneous values of the bath level height h and the current consumption y at the strand guide rollers are measured, the instantaneous value of the bath level height h being fed directly to the controller and the current value of the current consumption y being fed to a computation unit for computational processing. Taking into account plant-specific and production-specific system information, an instantaneous correction value is determined and applied to the control as a disturbance variable. With the correction value u influencing the amount of inflow into the mold on the position of the plug and optionally with the correction value u is an adjustment of the strand take-off speed.
Anhand der Figuren 3 bis 5 soll beispielhaft gezeigt werden, dass man den künftigen Wert einer Störgröße aus einer nahezu periodischen Störung näherungsweise berechnen kann und dass die Einspeisung dieses Wertes als Sollwertkorrektur oder als Korrekturwert des Stopfensignals die Störung unterdrücken kann, wobei hier auf die meist unvermeidlichen, wenn auch häufig nur kleinen Totzeiten, als Ausgangsgröße für eine Prädiktion hingewiesen wird.By way of example, it will be shown with reference to FIGS. 3 to 5 that the future value of a disturbance variable can be approximated from an almost periodic disturbance and that the injection of this value as a setpoint correction or as a correction value of the stop signal can suppress the disturbance, whereby here the most unavoidable , although often only small dead times, is pointed out as the starting point for a prediction.
Figur 3 zeigt in einem Blockschaubild die hier regelungstechnisch relevanten Komponenten einer Stranggießanlage. Die Abzugsgeschwindigkeit wird hier als konstant angenommen, könnte aber auch geregelt sein. Das Stellsignal u sollte so vorgegeben werden, dass die Gießspiegelhöhe h einer gewünschten Referenzhöhe hre{ entspricht und sollte üblicherweise im kontinuierlichen Anlagenbetrieb möglichst konstant sein. Durch das Stellsignal u wird über das Stopfenservosystem der Stopfen bewegt und erlaubt somit eine Änderung des Zuflusses zur Kokille. Üblicherweise gibt es durch bauliche Gegebenheiten und Materialtransport sowie durch Verarbeitungsgeschwindigkeiten von Sensorik und Steuerung zusätzliche unvermeidbare Verzögerungen, die hier als Totzeit Td zusammengefasst sind. Der Abfluss entspricht der Menge der flüssigen Metallschmelze die durch den bewegten Strang abgezogen wird und ist proportional zu der Abzugsgeschwindigkeit bzw. der Gießgeschwindigkeit. Im Summationspunkt wir das vom Strang kommende und unbekannte Pumpen Z eingezeichnet. Dieses Pumpen ist durch eine Kopplung mit dem an den Antriebsmotoren messbaren korrelierenden Messsignal (Stromaufnahmesignal) gekoppelt, welches als Messsignal zur Verfügung steht.FIG. 3 shows in a block diagram the components of a continuous casting plant which are relevant in terms of control technology. The take-off speed is assumed to be constant here, but could also be regulated. The actuating signal u should be specified so that the level of the casting mirror h corresponds to a desired reference height h re { and should usually be as constant as possible in continuous system operation. By the control signal u is moved over the plug servo system of the plug and thus allows a change of the inflow to the mold. Usually there are structural conditions and material transport and processing speeds of sensors and Control additional unavoidable delays, which are summarized here as dead time Td. The drain corresponds to the amount of molten metal melt which is drawn off by the moving strand and is proportional to the withdrawal speed or the casting speed. In the summation point, the pump Z coming from the line and unknown is drawn. This pump is coupled by a coupling with the measurable on the drive motors correlating measurement signal (power consumption signal), which is available as a measurement signal.
Ein genaues physikalisches Modell dieser Kopplung besteht nicht. Gewisse Eigenschaften dieser Kopplung sind allgemein bekannt, weiter Eigenschaften sind anlagenspezifisch und somit für eine gegebene Anlage auch bekannt. Es besteht aber im Rahmen der Prädiktion die Möglichkeit ein Modell dieser Kopplung zu erstellen, bzw. eine Prädiktion ohne genauen Wissen dieser Kopplung durchzuführen, was rein effektorisch erfolgt.An exact physical model of this coupling does not exist. Certain properties of this coupling are well known, further properties are plant specific and thus also known for a given plant. However, in the context of prediction it is possible to create a model of this coupling, or to perform a prediction without exact knowledge of this coupling, which is done purely effectorically.
Der resultierende Zustrom aus dem Zufluss vom Verteiler (Zwischengefäß), dem Abfluss durch Abzug des Stranges aus der Stranggießkokille und dem Zu-/ Abfluss durch das Pumpen wird von der Kokille aufgefangen und bildet dort einen resultierenden Füllstand, die Gießspiegelhöhe. Mit einem Sensor (Badspiegelmesseinrichtung) wird dieser Füllstand gemessen und kann dann der Verarbeitung zugeführt werden.The resulting inflow from the inflow from the distributor (intermediate vessel), the outflow by withdrawal of the strand from the continuous casting mold and the inflow / outflow through the pump is absorbed by the mold and forms there a resulting level, the Gießspiegelhöhe. With a sensor (Badspiegelmesseinrichtung) this level is measured and can then be fed to the processing.
In der folgenden Betrachtung werden die Dynamik des Stopfenservosystem und die des Sensors als schnell betrachtet und diese daher ignoriert. Die Kopplung wird vereinfacht als konstanter Faktor gesehen. Man erkennt nun, dass das Energieaufnahmesignal Y als Schätzwert für die Störung Z gesehen werden kann. Wenn man nun das Energieaufnahmesignal Y zum aktuellen Zeitpunkt verwendet (Y(t)) und dieses dann um die Totzeit des Systems (Td) in der Zukunft als Y(t+Td) zur Verfügung hätte, so kann man die Störung durch das Pumpen kompensieren, indem Y(t+Td) einfach am Eingang des Systems subtrahiert wird. Dies wird in Figur 4 gezeigt. Hier wird ein üblicher Regler (z.B. ein Pl-Regler) verwendet, der grundsätzlich die Badspiegelhöhe h so regelt, sodass diese der Referenzhöhe href entspricht. Dieser Regler wird nun durch den Prädiktionsblock ergänzt, indem das Kompensationssignal (momentane Korrekturwert) K ermittelt wird. Näherungsweise sollte als Ergebnis für das Kompensationssignal K(t)=Z(t+Td) gelten um das Pumpen zu unterdrücken.In the following consideration, the dynamics of the plug servo system and that of the sensor are considered fast and therefore ignored. The coupling is simply seen as a constant factor. It can now be seen that the energy intake signal Y can be regarded as an estimated value for the disturbance Z. If one then uses the energy intake signal Y at the current time (Y (t)) and this then by the dead time of the system (Td) in the future as Y (t + Td) available, one can compensate for the disturbance by the pump by simply subtracting Y (t + Td) at the input of the system. This is shown in FIG. Here, a conventional regulator (e.g., a PI regulator) is used, which basically regulates the bath level height h to correspond to the reference height href. This controller is now supplemented by the prediction block by the compensation signal (instantaneous correction value) K is determined. As an approximation, the result for the compensation signal K (t) = Z (t + Td) should apply to suppress the pumping.
Folgend wird beschrieben wie diese Prädiktion beispielsweise durchgeführt werden kann. Das Signal Y(t) , welches dem Energieaufnahme-Messwert entspricht, ist in Figur 5 dargestellt. Es hat gewisse periodische Eigenschaften, die anlagenbedingt gegeben sind. Nimmt man nun an, dass man die Periodendauer T der Grundschwingung kennt, so kann man dieses Signal kausal um eben diese Zeit T verschieben und man erhält das Signal Y(t-T), in Figur 5 als punktierte Linie dargestellt. Man kann eindeutig erkennen, dass die beiden Signale (erwartungsgemäß) ähnlich, fast deckungsgleich sind. Man kann nun diese Eigenschaft dazu verwenden um einen Schätzwert des Signals Y(t) in die Zukunft um die Zeit Td zu machen, indem man die Vergangenheit des Signals Y(t-T+Td) verwendet. Der Wert Y(t-T+Td) kann nun als Schätzwert für den Wert Y(t+Td) dienen (Figur 6).The following describes how this prediction can be performed, for example. The signal Y (t), which corresponds to the energy absorption measured value, is shown in FIG. 5 shown. It has certain periodic properties that are given due to the plant. Assuming now that one knows the period T of the fundamental, one can causally shift this signal by just this time T and one obtains the signal Y (tT), shown in FIG. 5 as a dotted line. It can be clearly seen that the two signals (as expected) are similar, almost congruent. One can now use this property to make an estimate of the signal Y (t) in the future by the time Td by using the past of the signal Y (t-T + Td). The value Y (t-T + Td) can now serve as an estimate for the value Y (t + Td) (FIG. 6).
Verwendet man obiges Verfahren so kann das Ergebnis in Figur 7 erreicht werden. Hier ist im Zeitraum von 250 s bis 300 s gezeigt, wie der Standardregler, der Regler aus Fig. 4, ohne dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gießspiegelhöhe einstellt. Wird bei Zeit=300s die Kompensation mit der Prädiktion zugeschaltet, so kommt es, im Zeitraum zwischen 300s und 400s, zu einer wesentlichen Verminderung der Gießspiegelschwankungen.Using the above method, the result in FIG. 7 can be achieved. Here, in the period from 250 s to 300 s, it is shown how the standard controller, the regulator from FIG. 4, adjusts the level of the pouring mirror without the method according to the invention. If at time = 300s the compensation is switched on with the prediction, it comes, in the period between 300s and 400s, to a significant reduction in the Gießspiegelschwankungen.
In obigen Ausführungen wurden eine bekannte Totzeit und eine bekannte Verstärkung durch die Kopplung angenommen. Diese Werte können vorab bestimmt werden, oder auch im Betrieb automatisch eingestellt werden, sodass die Abweichung der Gießspiegelhöhe h vom Referenzwert href möglichst klein wird. In Figur 8 ist das Ergebnis einer solchen adaptiven Einstellung (durch eine mathematische Berechnung) dargestellt. Zum Zeitpunkt 500s wird die Kompensation mit dem adaptiven Verstärkungsfaktor und der adaptiven Totzeitbestimmung eingeschaltet. Es kommt zu einer Veränderung der im Prädiktor verwendeten Totzeit und zu einer Verstärkungsänderung der Rückführung dieses prädiktierten Signals. Die Gießspiegelschwankungen nehmen von diesem Zeitpunkt ab und bleiben daraufhin gering.In the above embodiments, a known dead time and a known gain through the coupling have been adopted. These values can be determined in advance, or automatically adjusted during operation, so that the deviation of the casting level h from the reference value h ref becomes as small as possible. FIG. 8 shows the result of such an adaptive adjustment (by a mathematical calculation). At time 500s, the compensation is switched on with the adaptive gain factor and the adaptive dead time determination. There is a change in the dead time used in the predictor and a change in the gain of the feedback of this predicted signal. The Gießspiegelschwankungen decrease from this time and then remain low.
In obigen Annahmen wurde z.B. die Dynamik des Stopfenservosystems vernachlässigt. Diese kann aber z.B. durch zusätzliche Schätzung dieser Dynamik und abschließender Inversion dieser in der Prädiktion berücksichtigt werden und somit eine weiter Verbesserung erreicht werden.In the above assumptions, e.g. neglected the dynamics of the plug servo system. This can, however, e.g. by additional estimation of this dynamics and final inversion of them in the prediction can be considered and thus a further improvement can be achieved.
Die Berechnung eines Korrekturwertes setzt Informationen über das System (Verstärkungen, Totzeiten) sowie über die Eigenschaften der Störung (die auch Eigenschaften des Systems sind) voraus. Diese Eigenschaften können a priori bekannt sein, oder können aus verschiedenen Quellen stammen, zum Beispiel aus der Messung der Gießspiegelhöhe oder der Strangabzugsgeschwindigkeit. Erfindungsgemäß kann aber auch die Messung der Ströme dazu verwendet werden, diese Informationen zu ergänzen oder neu zu erhalten. Zum Beispiel kann das Stromsignal, wie in Figur 9 dargestellt, dazu verwendet werden die aktuelle Periodendauer (bzw. Frequenz) des Pumpens zu schätzen. Dies erfolgt mit dem zusätzlichen Block zur Bestimmung von Störgrößeneigenschaften. Mit dieser Periodendauer kann dann zum Beispiel eine Prädiktion, wie zuvor beschrieben, erfolgen.The calculation of a correction value requires information about the system (gains, dead times) as well as about the characteristics of the fault (which are also characteristics of the system). These properties may be known a priori, or may come from different sources, for example from the measurement the Gießspiegelhöhe or the strand take-off speed. According to the invention, however, the measurement of the currents can also be used to supplement or to obtain this information. For example, as shown in Figure 9, the current signal may be used to estimate the current period (or frequency) of pumping. This is done with the additional block for the determination of disturbance characteristics. With this period then, for example, a prediction, as described above, take place.
Konkret kann die Periodendauer z.B. durch eine Autokorrelation aus dem Signal Y geschätzt werden oder z.B. die Periodendauer T mittels einer Optimierungsroutine, in der der Fehler des Signals Y mit sich selber um die Periodendauer T verschoben über einen gewissen Zeitabschnitt minimiert wird, bestimmt.Specifically, the period can be e.g. estimated by an auto-correlation from the signal Y or e.g. the period T determined by means of an optimization routine in which the error of the signal Y with itself by the period T shifted over a certain period of time is minimized determined.
Es ist darüber hinaus erfindungsgemäß auch möglich, die Strominformation entweder allein oder zusammen mit anderen Größen für die Korrektur der Reglerparameter zu verwenden, welche auch in Abwesenheit des Pumpens verwendet werden, bzw. zwischen Reglerstrukturen umzuschalten oder sonstige Änderungen an der Reglerstruktur vorzunehmen. Es ist erfindungsgemäß somit auch möglich, unter Verwendung von durch das Signal Y ermittelte Parameter, spezielle Reglerstrukturen zu verwenden.Moreover, it is also possible according to the invention to use the current information either alone or together with other variables for the correction of the controller parameters, which are also used in the absence of pumping, or to switch between controller structures or to make other changes to the controller structure. It is thus also possible according to the invention, using parameters determined by the signal Y, to use special controller structures.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei Strangführungsrollen mit unterschiedlichen Antriebssystemen verwirklichbar. Die Strangführungsrollen können sowohl elektrisch angetrieben sein, als auch über einen hydraulischen oder kombiniert hydraulischelektrischen Antrieb verfügen, wobei bei hydraulisch angetriebenen Rollen eine Berücksichtigung der sich ändernden Hydraulik-Drücke erfolgen müsste. The inventive method can be realized in strand guide rollers with different drive systems. The strand guide rollers can be both electrically driven, as well as have a hydraulic or combined hydraulic-electric drive, with hydraulically driven rollers taking into account the changing hydraulic pressures should occur.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zum Stranggießen einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Zwischengefäß mengengeregelt unter Bildung eines Metallstranges mit einem flüssigen Kern und einem diesen umhüllenden Strangschale in eine Stranggießkokille gegossen wird und der Metallstrang mit flüssigem Kern aus der Stranggießkokille mittels angetriebener Rollen, vorzugsweise elektrisch angetriebener Rollen, ausgezogen und über eine Strangführung mit in Abständen angeordneten Rollen geführt wird und wobei eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße an mindestens einer angetriebenen Rolle gemessen wird und diese mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.1. A method for continuously casting a molten metal, wherein the molten metal from an intermediate vessel volume controlled to form a metal strand with a liquid core and a surrounding strand shell is poured into a continuous casting mold and the metal strand with liquid core from the continuous casting by means of driven rollers, preferably electrically driven rollers , is pulled out and passed over a strand guide with rollers arranged at intervals and wherein a correlated with the extrusion meter is measured on at least one driven roller and this is correlated with the strand pump measurement for regulating the level in the continuous casting mold is used, characterized in that at least one measured variable correlating with the extrusion pumping process is processed in an arithmetic unit with the inclusion of at least one calculation rule, and the value thus determined for the regulation of the filling element dshöhe is used in the continuous casting mold.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet wird und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in addition the time course of the correlating with the extrusion pumping process is processed by including at least one calculation rule in a computing unit and the value thus determined for the control of the level in the continuous casting mold is used.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Berechnung einer Frequenzinformation des Strangpumpens herangezogen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the time profile of the correlating with the extrusion pumping variable for calculating a frequency information of the extrusion pumping is used.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Berechnung eines momentanen Korrekturwertes für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird. 4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the time course of the correlating with the extrusion meter for the calculation of a current correction value for the control of the level in the continuous casting mold is used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Gewinnung von Korrekturgrößen verwendet wird, die eine laufende Verbesserung der Regelparameter und eine prädiktive oder adaptive Regelung ermöglichen.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the time profile of the correlating with the extrusion pumping variable is used to obtain correction quantities that allow continuous improvement of the control parameters and a predictive or adaptive control.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorschrift ein mathematisches Modell umfasst.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation rule comprises a mathematical model.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße und der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße in einem mathematischen Modell unter Anwendung eines Algorithmus oder eines selbstlernenden Systems oder unter Verwendung von gegebenen Systemeigenschaften verarbeitet werden und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the correlating with the extrusion pump measurement and the time course of the correlating with the extruder measurement in a mathematical model using an algorithm or a self-learning system or using given system properties are processed and the kind determined instantaneous correction value is used for the control of the level in the continuous casting mold.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße ein Stromaufnahme- Messwert einer Strangführungsrolle ist.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the correlating with the extrusion pump measurement is a current consumption measurement of a strand guide roller.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Signal einer Gießspiegelhöhenmessung oder ein Signal der9. The method according to claim 8, characterized in that in addition a signal of a Gießspiegelhöhenmessung or a signal of
Abzugsgeschwindigkeitsmessung zur Verbesserung der Regelung mitverarbeitet wird.Abzugsgeschwindigkeitsmessung is processed to improve the scheme.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Korrekturwert als Regelgröße für die Zuflussregelung der Metallschmelze vom Zwischengefäß in die Stranggießkokille oder als Regelgröße für die Abzugsregelung des gegossenen Metallstranges herangezogen wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the instantaneous correction value is used as a controlled variable for the inflow control of the molten metal from the tundish into the continuous casting mold or as a controlled variable for the deduction control of the cast metal strand.
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