WO2012107143A1 - Method for regulating a temperature of a strand by positioning a movable cooling nozzle in a strand guide of a strand casting system - Google Patents

Method for regulating a temperature of a strand by positioning a movable cooling nozzle in a strand guide of a strand casting system Download PDF

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WO2012107143A1
WO2012107143A1 PCT/EP2011/073939 EP2011073939W WO2012107143A1 WO 2012107143 A1 WO2012107143 A1 WO 2012107143A1 EP 2011073939 W EP2011073939 W EP 2011073939W WO 2012107143 A1 WO2012107143 A1 WO 2012107143A1
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WO
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strand
temperature
control
cooling nozzle
positioning
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PCT/EP2011/073939
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Kurt Dittenberger
Paul Pennerstorfer
Franz Ramstorfer
Philipp Wieser
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
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    • B22D11/22Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
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    • B22D11/22Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Definitions

  • the present invention relates on the one hand to a method for controlling a temperature of a strand, preferably a steel slab, by positioning a movable cooling nozzle in a strand guide of a continuous casting plant, and on the other hand, a method for controlling a
  • Temperature profile of a strand preferably one
  • Cooling nozzle in a strand guide of a continuous casting plant Cooling nozzle in a strand guide of a continuous casting plant.
  • Cooling nozzles is that changing the operating conditions of the continuous casting plant can result in overcooling (i.e., excessive cooling) or undercooling (i.e., overheating) of the strand, particularly the strand edges, thereby significantly degrading the quality of the strand. Travelable cooling nozzles can at least partially overcome these problems.
  • Movable cooling nozzles are used in continuous casting plants
  • a cooling nozzle a certain value xl or x2 from the edge of the strand (see FIG. 2) as a function of the machine position, the strand age or the shell thickness of the strand (see FIG. 3) in a direction transverse to the casting direction of the strand
  • Movable cooling nozzles are used in continuous casting plants
  • FIG. 5 shows that cooling nozzles should not be moved by an arbitrary value x (positive values indicate a displacement of the cooling nozzle in the direction of the center of the strand), since otherwise there would be an increase in temperature in the vicinity of the edge of the strand
  • the positioning of the cooling nozzles due to the shell thickness sets a
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method for controlling a temperature or a temperature profile of a strand by the optimized positioning of a movable cooling nozzle, so that even with very different
  • the controlled variable r is supplied to an actuator, which moves the cooling nozzle as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized.
  • the control error e is minimized.
  • the form takes place
  • Determination of the temperature value T at a strand edge of the strand since the strand edges are most sensitive to under- or over-cooling.
  • the temperature control of the strand edges is particularly important for the quality of the strand.
  • the controlled variable r is supplied to an actuator which moves the cooling nozzle as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized.
  • Temperature profile is particularly advantageous because not only a single temperature of the strand can be controlled by the positioning of a movable cooling nozzle, but it can actually be on a temperature gradient across the
  • Casting of the strand are regulated out. Under a temperature profile is used in this application e.g. one
  • control law can be either a linear behavior (e.g.
  • Heat equation for the strand Further details of a possible process model may e.g. WO 01/91943 AI be removed.
  • the state observer design allows a variety of different temperatures to be determined without even measuring one of them.
  • Temperature control of the strand can be used.
  • state observers are of course familiar to the person skilled in the art, see e.g. Lutz, Wendt: Taschenbuch der brungstechnik, 7.
  • the determination of the temperature value T or the temperature profile is carried out by measuring at least one temperature of the strand.
  • This variant may have a higher accuracy than the observation of a state observer, but this is offset by a higher cost of measuring means.
  • the scalar cost function f calculates the maximum norm. This will be the maximum
  • Cost function f the two-norm (also known as Euclidean norm), whereby overcooling as well as subcooling of the strand are weighted equally.
  • control law has a linear control behavior, preferably that of a P, PI, PID, H 2 , H or a state controller.
  • the behavior and merits of classical controllers for example, the input-output behavior as a transfer function
  • control law has a non-linear control behavior, e.g. the one
  • the two-position controller is special
  • Coolant flow can be done to the cooling nozzle.
  • Symmetry axis of the strand observed.
  • the axis of symmetry extends through the width direction of the slab.
  • Fig la an arrangement of two cooling nozzles at a
  • Fig lb an arrangement of two cooling nozzles at a
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a first control loop for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 a shows a steel slab 1 having a first width 3 which is cooled in a direction transverse to the casting direction of the slab by two movable cooling nozzles 4.
  • the method of the cooling nozzles 4 takes place in a direction of travel 5.
  • Each cooling nozzle has an injection pattern 6, which is a function of the pressure of the cooling fluid and the distance of the cooling nozzle 4 of the
  • FIG. 1b shows a steel slab 1 which is narrower than FIG. 1a and which in turn is cooled by two cooling nozzles 4.
  • the directional arrows 5 indicate the direction of travel of the cooling nozzles at a
  • FIG. 2 likewise shows a steel slab 1, which is cooled by a total of three cooling nozzles 4.
  • a cooling nozzle is assigned to the center and lies on the symmetry axis 2 of the slab 1.
  • cooling nozzles 4 are designed as movable cooling nozzles.
  • the movable in the direction of travel 5 cooling nozzle 4 has in the position shown a distance x2 to the strand edge 10.
  • the distance xl indicates the distance in the horizontal direction from the outer boundary of the spray pattern 6 to the strand edge 10.
  • a positive value of x1 or x2 corresponds to a displacement of the cooling nozzle in the direction of the center of the strand.
  • a movable cooling nozzle 4 dynamically depending on the
  • Figure 3 also shows a known dynamic employment of a movable cooling nozzle 4, wherein xl indicates a horizontal distance of the outer boundary of the spray pattern 6 of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab 1 and x2 a distance of the center axis of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab.
  • xl indicates a horizontal distance of the outer boundary of the spray pattern 6 of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab 1 and x2 a distance of the center axis of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab.
  • FIG. 5 shows the surface temperatures T on the
  • Edge temperature leads, but from a certain distance - in this case, from about 50 mm - the temperature of the edge remains constant even with larger xl, so that by another
  • FIG. 7 shows a schematic control diagram of a first control loop for carrying out the invention
  • Pyrometer 11 determines and a control device 12th fed.
  • FIG. 9 shows the control error e (reference symbol 14 in FIG. 7) over the distance x1.
  • e «0 so that a controlled variable r « 0 is also set. Consequently
  • the actuator moves in dependence on the controlled variable r with variable
  • Speed i.A. it is expedient to limit the maximum travel speeds of the actuator in the positive and negative directions.
  • FIG. 10 shows a second embodiment of the control loop for carrying out the method according to the invention, which works without a measurement of the temperature of the strand.
  • the surface temperature of the strand edge is calculated by a so-called state observer 18, which implements the thermodynamic heat equation for the strand in a process model.
  • a three-dimensional, nonlinear and transient heat equation in enthalpy formulation is solved taking into account temperature-dependent density changes; for details, reference is made to WO 2009/141205 AI.
  • the strand edge is fed to the controller 12 via the state feedback.
  • Figure 11 shows a local discretization of the strand 1 in the width direction, wherein the temperature profile of the
  • FIG. 12 shows how the method according to the invention can also be used for the regulation of temperature profiles.
  • the control loop is a temperature profile 19, eg in vector form Solll SollN supplied, whereupon the
  • State variables T for the temperature of the strand result from the evaluation of a state observer 18, which contains a process model with a two-dimensional formulation of the heat conduction equation.
  • Temperature deviation profile ⁇ ( ⁇ 7 [... ⁇ ) the scalar control deviation 14 is calculated by applying a scalar cost function 22 to the temperature deviation profile ⁇ , the cost function being the Euclidean norm of
  • control deviation 14 is a digital controller 12, specifically a PI controller,
  • the controlled variable is supplied on the one hand to an actuator of the cooling nozzle 4, which moves the cooling nozzle 4 in the width direction of the steel slab 1.
  • the position 23 of the traversed cooling nozzle 4 is also fed back to the status observer 18, which underlies the temperature distribution on the strand 1
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment of FIG. 12, which does not require a status observer 18.
  • the temperature profile 21 of the strand 1 is determined by the measurement of the surface temperatures of the strand, for example by a pyrometer 11, which is designed to be movable in the width direction of the strand 1.
  • a pyrometer 11 which is designed to be movable in the width direction of the strand 1.
  • a possible Discretization of the temperature profile 21 is shown in FIG.

Abstract

The invention relates to a method for regulating a temperature (16), or a temperature profile (21), of a strand (1) by positioning a movable cooling nozzle (4) in a strand guide of a strand casting system. The aim of the invention is to optimize a regulating method by positioning a movable cooling nozzle (4) so that as precise a temperature control of the strand (1) as possible can be achieved, even under starkly different operational conditions in the strand casting system. Said aim is achieved by a method comprising the following method steps: determining at least one temperature value T (16) of the strand (1) in a direction that is transverse to the casting direction (9) of the strand (1); determining a control error e (14) by subtracting the temperature value T (16) from a target temperature TSoll (17) of the strand (1), that is, e = T Soll -T; calculating a control variable r (15) based on the control error e (14) and applying a control law; and positioning the cooling nozzle (4) in a direction that is transverse to the casting direction (9) of the strand (1) based on the control variable r (15) so that the control error e (14) is minimized.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Strangs durch das Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse in einer Method for controlling a temperature of a strand by positioning a movable cooling nozzle in one
Strangführung einer Stranggießanlage Strand guide of a continuous casting plant
Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Strangs, vorzugsweise einer Stahlbramme, durch das Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse in einer Strangführung einer Stranggießanlage, und andererseits ein Verfahren zur Regelung eines The present invention relates on the one hand to a method for controlling a temperature of a strand, preferably a steel slab, by positioning a movable cooling nozzle in a strand guide of a continuous casting plant, and on the other hand, a method for controlling a
Temperaturprofils eines Strangs, vorzugsweise einer Temperature profile of a strand, preferably one
Stahlbramme, durch das Positionieren einer verfahrbaren Steel slab, by positioning a movable
Kühldüse in einer Strangführung einer Stranggießanlage. Cooling nozzle in a strand guide of a continuous casting plant.
Es ist seit langem bekannt, die Kühldüsen einer It has long been known, the cooling nozzles of a
Stranggießanlage in Abhängigkeit der Strangbreite und den zu erwartenden Betriebsbedingungen, insbesondere der Continuous casting plant depending on the strand width and the expected operating conditions, in particular the
Gießgeschwindigkeit, der Strangkühlung und der Stahlgüte, einzustellen. Nachteilig an einer fixen Einstellung von Casting speed, the strand cooling and the steel grade, adjust. A disadvantage of a fixed setting of
Kühldüsen ist, dass eine Änderung der Betriebsbedingungen der Stranggießanlage zu einer Überkühlung (d.h. einer zu starken Abkühlung) oder einer Unterkühlung (d.h. einer Überhitzung) des Strangs - insbesondere der Strangkanten - führen kann, wodurch die Qualität des Strangs signifikant verschlechtert wird. Verfahrbare Kühldüsen können diese Probleme zumindest teilweise überwinden. Cooling nozzles is that changing the operating conditions of the continuous casting plant can result in overcooling (i.e., excessive cooling) or undercooling (i.e., overheating) of the strand, particularly the strand edges, thereby significantly degrading the quality of the strand. Travelable cooling nozzles can at least partially overcome these problems.
Verfahrbare Kühldüsen werden bei Stranggießanlagen, Movable cooling nozzles are used in continuous casting plants,
insbesondere bei Brammenstranggießanlagen, eingesetzt, um insbesondere die Kantentemperatur bzw. die Temperatur in Kantennähe des Strangs in Abhängigkeit der Strangbreite in particular in slab casters, used in particular the edge temperature or the temperature near the edges of the strand as a function of the strand width
(siehe Fig la und lb) und der Betriebsbedingungen gezielt zu beeinflussen. So ist es bereits bekannt, eine Kühldüse um einen bestimmten Wert xl bzw. x2 von der Kante des Strangs (siehe Fig 2) in Abhängigkeit der Maschinenposition, des Strangalters oder der Schalenstärke des Strangs (siehe Fig 3) in einer Richtung quer zur Gießrichtung des Strangs (See Fig la and lb) and the operating conditions to influence targeted. So it is already known, a cooling nozzle a certain value xl or x2 from the edge of the strand (see FIG. 2) as a function of the machine position, the strand age or the shell thickness of the strand (see FIG. 3) in a direction transverse to the casting direction of the strand
einzustellen, um insbesondere das Überkühlen der Kante bzw. des kantennahen Bereichs des Strangs zu verhindern. to prevent in particular the overcooling of the edge or the edge near the edge of the strand.
Verfahrbare Kühldüsen werden in Stranggießanlagen Movable cooling nozzles are used in continuous casting plants
typischerweise im Gießbogen bzw. in der Richtzone eingesetzt; allerdings ist es insbesondere bei langsam gießenden Anlagen auch bekannt, verfahrbare Kühldüsen in der Biegezone oder der Rieht- bzw. Rückbiegezone einzusetzen. Ist die typically used in the casting arc or in the straightening zone; However, it is also known, especially in slow-casting plants, to use movable cooling nozzles in the bending zone or the Rieht- or reverse bending zone. Is the
Strangtemperatur (insbesondere die Kantentemperatur) in einem ungünstigen Temperaturbereich - insbesondere im Bereich des Duktilitätstiefs (bei üblichen Stahlgüten zwischen ca. 750 °C und 600 °C) der vergossenen Stahlgüte, so verhält sich der Stahl sehr spröde und es können Kantenrisse beim Biegen bzw. Richten des Strangs auftreten. Fig 5 zeigt, dass Kühldüsen auch nicht um einen beliebigen Wert x (positive Werte geben eine Verschiebung der Kühldüse in Richtung der Strangmitte an) verfahren werden sollten, da es sonst in der Kantennähe des Strangs zu einer Temperaturerhöhung über der Strand temperature (in particular the edge temperature) in an unfavorable temperature range - in particular in the region of the ductility low (for conventional steel grades between about 750 ° C and 600 ° C) of the cast steel grade, so the steel behaves very brittle and it can edge cracks when bending or Straightening the strand occur. FIG. 5 shows that cooling nozzles should not be moved by an arbitrary value x (positive values indicate a displacement of the cooling nozzle in the direction of the center of the strand), since otherwise there would be an increase in temperature in the vicinity of the edge of the strand
Oberflächentemperatur des Strangs in der Strangmitte - und damit verbunden zu Wärmespannungen im kantennahen Bereich - kommen würde. Die Einstellung der Position der Kühldüsen im Zuge der Optimierung der Kantentemperaturen des Strangs durch Temperaturmessungen bzw. durch die Auswertung von Surface temperature of the strand in the strand center - and this would be associated with thermal stresses in the near-edge region - would come. The adjustment of the position of the cooling nozzles in the course of the optimization of the edge temperatures of the strand by temperature measurements or by the evaluation of
Kantenrissen durch Schliffbilder, ist sehr zeitaufwändig und erlaubt stets nur einen Kompromiss innerhalb eines bestimmten Bereiches der Gießgeschwindigkeit. Das Positionieren der Kühldüsen aufgrund der Schalenstärke stellt zwar eine Edge breaks through micrographs, is very time consuming and always allows only a compromise within a certain range of casting speed. The positioning of the cooling nozzles due to the shell thickness sets a
Verbesserung dar, allerdings kann bis dato der eigentlich zu optimierende Wert - nämlich die Kantentemperatur bzw. die Temperatur im kantennahen Bereich des Strangs - nicht Improvement is, however, so far the actual value to be optimized - namely, the edge temperature or the temperature in the near-edge region of the strand - not
geregelt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Reglung einer Temperatur bzw. eines Temperaturprofils eines Strangs durch das optimierte Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse zu schaffen, sodass auch bei stark unterschiedlichen be managed. The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method for controlling a temperature or a temperature profile of a strand by the optimized positioning of a movable cooling nozzle, so that even with very different
Betriebsbedingungen der Stranggießanlage eine möglichst genaue Temperaturführung des Strangs erreicht wird. Weiters soll eine Überkühlung als auch eine Unterkühlung des Strangs, insbesondere der Strangkanten, bestmöglich verhindert werden. Operating conditions of the continuous casting the most accurate temperature control of the strand is achieved. Furthermore, overcooling and supercooling of the strand, in particular of the strand edges, should be prevented to the greatest extent possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist: This object is achieved by a method of the aforementioned type, comprising the following method steps:
- Bestimmen wenigstens eines Temperaturwerts T des  Determining at least one temperature value T of
Strangs in einer Richtung quer zur Gießrichtung des Strangs; Strand in a direction transverse to the casting direction of the strand;
- Bestimmung eines Regelfehlers e durch die Subtraktion des Temperaturwerts T von einer Soll-Temperatur TSoii des Strangs, konkret e = TSoll - T ; Determination of a control error e by the subtraction of the temperature value T from a setpoint temperature T So ii of the strand, specifically e = T setpoint T;
- Berechnung einer Regelgröße r in Abhängigkeit des  - Calculation of a controlled variable r as a function of
Regelfehlers e unter Zuhilfenahme eines Regelgesetzes; undRule error e with the help of a rule law; and
- Positionieren der Kühldüse in der Richtung quer zur Gießrichtung des Strangs in Abhängigkeit der Regelgröße r, sodass der Regelfehler e minimiert wird. - Positioning of the cooling nozzle in the direction transverse to the casting direction of the strand as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized.
Dabei wird die Regelgröße r einem Aktuator zugeführt, der die Kühldüse in Abhängigkeit der Regelgröße r verfährt, sodass der Regelfehler e minimiert wird. Bei Brammenanlagen ist es zweckmäßig, die Bestimmung eines Temperaturwerts als auch das Positionieren der Kühldüse in der Breitenrichtung quer zur Gießrichtung des Strangs vorzunehmen. Dies ergibt schon allein dadurch, dass bei einer Bramme die Breite wesentlich größer als die Dicke ist, wodurch sich potenziell viel größere Temperaturunterschiede zwischen Strangmitte und Strangkante ergeben können. In this case, the controlled variable r is supplied to an actuator, which moves the cooling nozzle as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized. In slab plants, it is expedient to carry out the determination of a temperature value as well as the positioning of the cooling nozzle in the width direction transversely to the casting direction of the strand. This results from the fact that with a slab, the width is much larger than the thickness, potentially resulting in much larger temperature differences between strand center and strand edge can result.
Nach einer vorteilhaften Aus führungs form erfolgt die According to an advantageous embodiment, the form takes place
Bestimmung des Temperaturwerts T an einer Strangkante des Strangs, da die Strangkanten am empfindlichsten auf Unter- aber auch Überkühlung reagieren. Die Temperaturführung der Strangkanten ist besonders wichtig für die Qualität des Strangs . Determination of the temperature value T at a strand edge of the strand, since the strand edges are most sensitive to under- or over-cooling. The temperature control of the strand edges is particularly important for the quality of the strand.
Weiters wird die oben genannte Aufgabe auch von einem Furthermore, the above task is also by a
Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Method of the type mentioned above, comprising the following method steps:
- Bestimmen eines Temperaturprofils T des Strangs in einer Richtung quer zur Gießrichtung des Strangs;  Determining a temperature profile T of the strand in a direction transverse to the casting direction of the strand;
- Bestimmung eines Temperaturabweichungsprofils ΔΤ durch die Subtraktion des Temperaturprofils T von einem Soll- Temperaturprofil Tsoii des Strangs, konkret ΔΤ = Τ8ο11-Τ; - Determination of a temperature deviation profile ΔΤ by the subtraction of the temperature profile T from a target temperature profile Tsoii of the strand, specifically ΔΤ = Τ 8ο11 -Τ;
- Berechnung eines Regelfehlers e durch Anwendung einer skalaren Kostenfunktion f auf das Temperaturabweichungsprofi ΔΤ, konkret e = f(ΔΤ) ;  Calculation of a control error e by applying a scalar cost function f to the temperature deviation profile ΔΤ, specifically e = f (ΔΤ);
- Berechnung einer Regelgröße r in Abhängigkeit des Regelfehlers e unter Zuhilfenahme eines Regelgesetzes; und - calculation of a controlled variable r as a function of the control error e with the aid of a control law; and
- Positionieren der Kühldüse in der Richtung quer zur Gießrichtung des Strangs in Abhängigkeit der Regelgröße r, sodass der Regelfehler e minimiert wird. - Positioning of the cooling nozzle in the direction transverse to the casting direction of the strand as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized.
Dabei wird die Regelgröße r einem Aktuator zugeführt, der di Kühldüse in Abhängigkeit der Regelgröße r verfährt, sodass der Regelfehler e minimiert wird. Die Regelung eines In this case, the controlled variable r is supplied to an actuator which moves the cooling nozzle as a function of the controlled variable r, so that the control error e is minimized. The regulation of a
Temperaturprofils ist besonders vorteilhaft, da nicht nur eine einzige Temperatur des Strangs durch das Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse geregelt werden kann, sondern es kann tatsächlich auf einen Temperaturverlauf quer zur Temperature profile is particularly advantageous because not only a single temperature of the strand can be controlled by the positioning of a movable cooling nozzle, but it can actually be on a temperature gradient across the
Gießrichtung des Strangs hin geregelt werden. Unter einem Temperaturprofil wird in dieser Anmeldung z.B. ein Casting of the strand are regulated out. Under a temperature profile is used in this application e.g. one
Temperaturvektor verstanden, der zumindest zwei Temperature vector understood that at least two
Temperaturwerte aufweist, die jeweils unterschiedlichen Orten (typischerweise in der Breitenrichtung des Strangs) Temperature values, each having different locations (typically in the width direction of the strand)
zugeordnet sind. Auch bei diesem Verfahren ist es assigned. It is also in this process
insbesondere bei Brammenanlagen zweckmäßig, die Bestimmung eines Temperaturprofils als auch das Positionieren der Particularly useful in slab plants, the determination of a temperature profile and the positioning of the
Kühldüse in der Breitenrichtung quer zur Gießrichtung des Strangs vorzunehmen. Skalare Kostenfunktionen, die eine vektorielle Eingangsgröße (hier ΔΤ) in eine skalare Größe (hier der Regelfehler e) überführen, d.h. e = /(ΔΤ) , sind dem Fachmann z.B. aus dem Gebiet der Optimierung bekannt, siehe z.B. das Vorlesungsskript G. Greiner et al . „Optimierung III, Linear Optimierung", FAU Erlangen-Nürnberg, Sommersemester 2008. Make cooling nozzle in the width direction transverse to the casting direction of the strand. Scalar cost functions that convert a vectorial input (here ΔΤ) into a scalar variable (here the control error e), i. e = / (ΔΤ) are known to those skilled in the art e.g. from the field of optimization, see e.g. the lecture script G. Greiner et al. "Optimization III, Linear Optimization", FAU Erlangen-Nuremberg, summer semester 2008.
Sowohl beim Verfahren zur Regelung einer Temperatur als auch beim Verfahren zur Regelung eines Temperaturprofils kann das Regelgesetz entweder ein lineares Verhalten (z.B. ein Both in the method for controlling a temperature and in the method for controlling a temperature profile, the control law can be either a linear behavior (e.g.
klassischer Regler, der das Eingangs-Ausgangsverhalten als Übertragungsfunktion beschreibt, oder ein Zustandsregler, der das Eingangs-Ausgangsverhalten im Zustandsraum beschreibt; siehe auch die Ansprüche 9 und 10) aufweisen, beispielsweise das eines einfachen P, PI oder PID Reglers oder auch eines linearen Zustandsreglers ; natürlich kann das Regelgesetz aber auch ein nichtlineares Verhalten (siehe Anspruch 11) classical controller that describes the input-output behavior as a transfer function, or a state controller that describes the input-output behavior in the state space; see also claims 9 and 10), for example that of a simple P, PI or PID controller or even a linear state controller; Of course, the law of control can also be a nonlinear behavior (see claim 11)
aufweisen. Einem Fachmann ist natürlich bekannt, wie das Regelgesetz festzulegen ist (z.B. durch das sog. exhibit. Of course, one skilled in the art knows how to determine the law of regulation (e.g.
Frequenzkennlinienverfahren, siehe Gausch et al . : Digitale Regelkreise, Institut für Regelungstechnik, TU Graz, 1991), sodass der Regelfehler e minimiert wird. Nach einer vorteilhaften Aus führungs form erfolgt die Frequency characteristic method, see Gausch et al. : Digital control loops, Institute of Control Engineering, Graz University of Technology, 1991), so that the control error e is minimized. According to an advantageous embodiment, the form takes place
Bestimmung des Temperaturwerts T oder des Temperaturprofils durch die Beobachtung eines Zustandsbeobachters , aufweisend ein Prozessmodell mit einer thermodynamischen Determining the temperature value T or the temperature profile by observing a state observer, having a process model with a thermodynamic
Wärmeleitungsgleichung für den Strang. Weitere Details zu einem möglichen Prozessmodell können z.B. der WO 01/91943 AI entnommen werden. Die Aus führungs form mit Zustandsbeobachter erlaubt es, eine Vielzahl unterschiedlicher Temperaturen zu ermitteln, ohne auch nur eine einzige davon zu messen. Heat equation for the strand. Further details of a possible process model may e.g. WO 01/91943 AI be removed. The state observer design allows a variety of different temperatures to be determined without even measuring one of them.
Außerdem können die in einer Stranggussanlage bereits vorhandenen Prozessmodelle in einfacher Weise zur In addition, the already existing in a continuous casting process models in a simple way to
Temperaturreglung des Strangs eingesetzt werden. Generell sind Zustandsbeobachter dem Fachmann natürlich bekannt, sieh z.B. Lutz, Wendt : Taschenbuch der Regelungstechnik, 7. Temperature control of the strand can be used. In general, state observers are of course familiar to the person skilled in the art, see e.g. Lutz, Wendt: Taschenbuch der Regelungstechnik, 7.
Auflage, Verlag Harri Deutsch. Edition, publisher Harri Deutsch.
Alternativ ist es natürlich ebenfalls möglich, dass die Bestimmung des Temperaturwerts T oder des Temperaturprofils durch Messung wenigstens einer Temperatur des Strangs erfolgt. Diese Variante kann eine höhere Genauigkeit als die Beobachtung eines Zustandsbeobachters aufweisen, wobei dem jedoch ein höherer Aufwand für Messmittel gegenübersteht. Alternatively, it is of course also possible that the determination of the temperature value T or the temperature profile is carried out by measuring at least one temperature of the strand. This variant may have a higher accuracy than the observation of a state observer, but this is offset by a higher cost of measuring means.
Bei der Messung der Temperatur ist es vorteilhaft, dass dies durch die Auswertung der Wärmestrahlung, z.B. mittels eines Pyrometers, des Strangs erfolgt. When measuring the temperature, it is advantageous that this can be done by evaluating the heat radiation, e.g. by means of a pyrometer, the strand is done.
Besonders für das sogenannte unterkritische Richten eines Strangs ist es zweckmäßig, dass die skalare Kostenfunktion f die Maximumsnorm berechnet. Dadurch wird die maximal Especially for the so-called subcritical straightening of a strand, it is expedient that the scalar cost function f calculates the maximum norm. This will be the maximum
auftretende Strangtemperatur geregelt. Nach einer alternativen Aus führungs form berechnet die occurring strand temperature regulated. According to an alternative embodiment, the calculates
Kostenfunktion f die Zweiernorm (auch bekannt als Euklidische Norm) , wodurch Überkühlungen als auch Unterkühlungen des Strangs gleich gewichtet werden. Cost function f the two-norm (also known as Euclidean norm), whereby overcooling as well as subcooling of the strand are weighted equally.
Nach einer einfachen Aus führungs form weist das Regelgesetz ein lineares Regelverhalten auf, vorzugsweise das eines P, PI, PID, H2, H oder eines Zustandsreglers . Das Verhalten und die Vorzüge von klassischen Reglern, die das Eingangs- Ausgangsverhalten z.B. als eine Übertragungsfunktion According to a simple embodiment, the control law has a linear control behavior, preferably that of a P, PI, PID, H 2 , H or a state controller. The behavior and merits of classical controllers, for example, the input-output behavior as a transfer function
beschreiben, als auch von Zustandsreglern, die das Eingangs- Ausgangsverhalten im Zustandsbereich beschreiben, sind dem Fachmann bestens bekannt, siehe z.B. Taschenbuch der As well as state controllers that describe the input-output behavior in the state domain, are well known to those skilled in the art, see, e.g. Paperback the
Regelungstechnik . Control technology.
Nach einer alternativen Aus führungs form weist das Regelgesetz ein nichtlineares Regelverhalten auf, z.B. das eines According to an alternative embodiment, the control law has a non-linear control behavior, e.g. the one
Zweipunkt-, Dreipunktreglers oder eines höherwertigen Two-point, three-point controller or higher
Reglers. Der Zweipunktregler ist dabei besonders Controller. The two-position controller is special
herauszustreichen, da die Regelung insbesondere durch das Ein- und Ausschalten (ggf. auch durch das gepulste Ein- und Ausschalten, z.B. durch eine PWM Modulation) eines in particular because of the switching on and off (possibly also by the pulsed switching on and off, for example by a PWM modulation)
Kühlmmittelstroms zur Kühldüse erfolgen kann. Coolant flow can be done to the cooling nozzle.
Es ist vorteilhaft, das Verfahren in Echtzeit auszuführen. It is advantageous to perform the method in real time.
Für die Rechenzeit ist es vorteilhaft, dass der For the computing time, it is advantageous that the
Zustandsbeobachter eine Stranghälfte einerseits einer Condition observers a strand half on the one hand one
Symmetrieachse des Strangs beobachtet. Vorzugsweise verläuft die Symmetrieachse durch die Breitenrichtung der Bramme. Symmetry axis of the strand observed. Preferably, the axis of symmetry extends through the width direction of the slab.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen: Further advantages and features of the present invention will not become apparent from the following description limiting embodiments, reference being made to the following figures, which show the following:
Fig la eine Anordnung von zwei Kühldüsen bei einer Fig la an arrangement of two cooling nozzles at a
Stahlbramme mit einer ersten Breite; Steel slab with a first width;
Fig lb eine Anordnung von zwei Kühldüsen bei einer Fig lb an arrangement of two cooling nozzles at a
Stahlbramme mit einer zweiten Breite; Steel slab with a second width;
Fig 2 das Positionieren einer Kühldüse in einem bestimmten Abstand von der Strangkante;  2 shows the positioning of a cooling nozzle at a certain distance from the strand edge;
Fig 3 das Positionieren einer Kühldüse in einem bestimmten Abstand von der Strangschale;  3 shows the positioning of a cooling nozzle at a certain distance from the strand shell;
Fig 4 eine Darstellung der Dicke der Strangschale einer  4 shows a representation of the thickness of the strand shell of a
Bramme der Gießrichtung; Slab of the casting direction;
Fig 5 ein Diagramm von Oberflächentemperaturen über den  5 is a diagram of surface temperatures over the
Abstand einer Kühldüse von der Strangkante; Distance of a cooling nozzle from the strand edge;
Fig 6 eine Darstellung der maximalen Temperatur, der 6 shows a representation of the maximum temperature, the
Temperatur im Zentrum und der Kantentemperatur über dem Temperature in the center and the edge temperature above the
Abstand einer Kühldüse von der Strangkante; Distance of a cooling nozzle from the strand edge;
Fig 7 eine schematische Darstellung eines ersten Regelkreises zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;  7 shows a schematic representation of a first control loop for carrying out the method according to the invention;
Fig 8 eine schematische Darstellung bei der Bestimmung eines Temperaturwerts des Strangs durch Messung und dem 8 is a schematic representation in the determination of a temperature value of the strand by measurement and the
Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse; Positioning a movable cooling nozzle;
Fig 9 eine Darstellung eines Regelfehlers über den Abstand einer Kühldüse von der Strangkante;  9 shows a representation of a control error over the distance of a cooling nozzle from the strand edge;
Fig 10 eine schematische Darstellung eines zweiten 10 is a schematic representation of a second
Regelkreises zur Durchführung des erfindungsgemäßen Control circuit for carrying out the inventive
Verfahrens ; Method;
Fig 11 eine Diskretisierung eines Temperaturprofils einer Bramme in Breitenrichtung; und  11 shows a discretization of a temperature profile of a slab in the width direction; and
Fig 12 und 13 je eine schematische Darstellung eines dritten und eines vierten Regelkreises zur Durchführung des  12 and 13 each show a schematic representation of a third and a fourth control loop for carrying out the
erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Figur la zeigt eine Stahlbramme 1 mit einer ersten Breite 3, die in einer Richtung quer zur Gießrichtung der Bramme von zwei verfahrbaren Kühldüsen 4 gekühlt wird. Das Verfahren der Kühldüsen 4 erfolgt in einer Verfahrrichtung 5. Jede Kühldüse weist ein Spritzbild 6 auf, das eine Abhängigkeit vom Druck des Kühlfluids und vom Abstand der Kühldüse 4 von der inventive method. 1 a shows a steel slab 1 having a first width 3 which is cooled in a direction transverse to the casting direction of the slab by two movable cooling nozzles 4. The method of the cooling nozzles 4 takes place in a direction of travel 5. Each cooling nozzle has an injection pattern 6, which is a function of the pressure of the cooling fluid and the distance of the cooling nozzle 4 of the
Oberfläche der Bramme aufweist. Die Figur lb zeigt eine gegenüber der Fig la schmälere Stahlbramme 1, die wiederum von zwei Kühldüsen 4 gekühlt wird. Die Richtungspfeile 5 geben die Verfahrrichtung der Kühldüsen bei einer Surface of the slab has. FIG. 1b shows a steel slab 1 which is narrower than FIG. 1a and which in turn is cooled by two cooling nozzles 4. The directional arrows 5 indicate the direction of travel of the cooling nozzles at a
Breitenänderung der Stahlbramme an. Beiden Figuren la und lb ist gemein, dass die Kühldüsen 5 dem Randbereich der Bramme (der sogenannten „Margin") zugeordnet sind. Aus den Figuren ist zu erkennen, dass bei gleichem Wasserdruck das Maximum der Wassermengenverteilung 7 bei einer schmäleren Bramme höher ist als bei einer breiteren Bramme.  Width change of the steel slab. Both figures la and lb have in common that the cooling nozzles 5 are assigned to the edge region of the slab (so-called "margin"). From the figures it can be seen that at the same water pressure the maximum of the water volume distribution 7 is higher for a narrower slab than for a wider slab.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine Stahlbramme 1, die von insgesamt drei Kühldüsen 4 gekühlt wird. Eine Kühldüse ist dem Zentrum zugeordnet und liegt auf der Symmetrieachse 2 der Bramme 1.FIG. 2 likewise shows a steel slab 1, which is cooled by a total of three cooling nozzles 4. A cooling nozzle is assigned to the center and lies on the symmetry axis 2 of the slab 1.
Zwei weitere Kühldüsen sind dem Randbereich zugeordnet, wobei diese Kühldüsen 4 als verfahrbare Kühldüsen ausgebildet sind. Die in der Verfahrrichtung 5 verfahrbare Kühldüse 4 weist in der gezeichneten Stellung einen Abstand x2 zur Strangkante 10 auf. Der Abstand xl gibt den Abstand in horizontaler Richtung von der äußeren Begrenzung des Spritzbilds 6 zur Strangkante 10 an. Ein positiver Wert von xl oder x2 korrespondiert mit einer Verschiebung der Kühldüse in Richtung der Strangmitte. Wie in der Beschreibungseinleitung angeführt, ist es bekannt, eine verfahrbare Kühldüse 4 dynamisch in Abhängigkeit derTwo further cooling nozzles are associated with the edge region, these cooling nozzles 4 are designed as movable cooling nozzles. The movable in the direction of travel 5 cooling nozzle 4 has in the position shown a distance x2 to the strand edge 10. The distance xl indicates the distance in the horizontal direction from the outer boundary of the spray pattern 6 to the strand edge 10. A positive value of x1 or x2 corresponds to a displacement of the cooling nozzle in the direction of the center of the strand. As stated in the introduction, it is known, a movable cooling nozzle 4 dynamically depending on the
Maschinenposition bzw. des Strangalters von der Strangkante 10 anzustellen. Figur 3 zeigt ebenfalls eine bekannte dynamische Anstellung einer verfahrbaren Kühldüse 4, wobei xl einen horizontalen Abstand der äußeren Begrenzung des Spritzbilds 6 der Kühldüse 4 zur Strangschale 8 der Bramme 1 bzw. x2 einen Abstand der Mittenachse der Kühldüse 4 zur Strangschale 8 der Bramme angibt. Eine Draufsicht auf einen Strang 1 inkl. der Machine position or the strand age of the strand edge 10 to make. Figure 3 also shows a known dynamic employment of a movable cooling nozzle 4, wherein xl indicates a horizontal distance of the outer boundary of the spray pattern 6 of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab 1 and x2 a distance of the center axis of the cooling nozzle 4 to the strand shell 8 of the slab. A top view of a strand 1 incl
Ausbildung der Strangschale 8 in Abhängigkeit der Formation of the strand shell 8 in dependence of
Maschinenposition ist in Fig 4 gezeigt. Machine position is shown in FIG.
Die Figur 5 zeigt die Oberflächentemperaturen T auf der FIG. 5 shows the surface temperatures T on the
Breitseite eines Strangs in der Breitenrichtung der Bramme für unterschiedliche Abstände xl zwischen der äußeren Broad side of a strand in the width direction of the slab for different distances xl between the outer
Begrenzung des Spritzbilds der Kühldüse 4 und der Strangkante 10. Hierin ist zu sehen, dass ein Verfahren der Kühldüse in Richtung der Brammenmitte zwar zu einer erhöhten Limiting the spray pattern of the cooling nozzle 4 and the strand edge 10. Herein it can be seen that a method of the cooling nozzle in the direction of the slab center admittedly increased
Kantentemperatur führt, jedoch ab einem gewissen Abstand - in diesem Fall ab ca. 50 mm - die Temperatur der Kante auch bei größerem xl konstant bleibt, sodass durch ein weiteres Edge temperature leads, but from a certain distance - in this case, from about 50 mm - the temperature of the edge remains constant even with larger xl, so that by another
Verfahren der Kühldüse die Kantentemperatur nicht mehr erhöht werden kann. Ein weiteres Verfahren der Kühldüse in Richtung Brammenmitte führt lediglich zu einer Ausbildung eines sogenannten „heißen Streifens" im kantennahen Bereich. Fig 6 zeigt in übersichtlicher Weise die Oberflächentemperatur in Brammenmitte TZentrum, die maximale Oberflächentemperatur TMax und die Kantentemperatur TKante für verschiedene Moving the cooling nozzle the edge temperature can not be increased. A further method of the cooling nozzle in the direction of the slab center merely leads to the formation of a so-called "hot strip" in the region near the edge
Abstände xl der Kühldüse 4 von der Strangkante 10. Distances xl of the cooling nozzle 4 from the strand edge 10th
Die Figur 7 zeigt ein schematisches Regelschema eines ersten Regelkreises zur Durchführung des erfindungsgemäßen FIG. 7 shows a schematic control diagram of a first control loop for carrying out the invention
Verfahrens. In diesem sehr einfachen Fall, der sich Process. In this very simple case, that is
insbesondere für das sogenannte „unterkritische Richten" eines Strangs eignet, wird lediglich eine einzige is particularly suitable for the so-called "subcritical straightening" of a strand is only a single
Oberflächentemperatur an der Strangkante 10 von einem Surface temperature at the strand edge 10 of a
Pyrometer 11 bestimmt und einer Regeleinrichtung 12 zugeführt. Die Regeleinrichtung 12 errechnet einen Regelfehler 14, gemäß e = TSoU - T , und berechnet unter Pyrometer 11 determines and a control device 12th fed. The control device 12 calculates a control error 14, according to e = T SoU - T, and calculates under
Zuhilfenahme eines PID Regelgesetztes eine Regelgröße 15. Obwohl in der schematischen Darstellung gemäß Fig 7 die  With the aid of a PID control set a control variable 15. Although in the schematic representation of FIG. 7, the
Berechnung des Regelfehlers 14 außerhalb der Regeleinrichtung 12 dargestellt ist, kann die Berechnung von e sowohl Calculation of the control error 14 is shown outside of the control device 12, the calculation of e can both
innerhalb als auch außerhalb (z.B. durch ein einen anlogen Subtrahierer) der Regeleinrichtung 12 erfolgen; dies hat keinen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren. In der Regelstrecke 13 wird die Kühldüse 4 durch einen nicht inside and outside (e.g., by an analog subtractor) of the controller 12; this has no influence on the method according to the invention. In the controlled system 13, the cooling nozzle 4 by a not
dargestellten, typischerweise elektrischen oder hydraulischen Aktuator in Abhängigkeit der Regelgröße 15 so verfahren, dass der Regelfehler 14 minimiert wird. Steht die Kühldüse z.B. anfangs auf xl=100mm und weist die Regelstrecke somit anfangs einen Regelfehler e=-55°C auf, so verfährt der Aktuator die Kühldüse mit einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit von bspw. 5mm/s in negativer Richtung, sodass im nächsten shown, typically electrical or hydraulic actuator as a function of the control variable 15 so moved that the control error 14 is minimized. If the cooling nozzle is e.g. initially at xl = 100mm and thus the control path initially has a control error e = -55 ° C, so the actuator moves the cooling nozzle with a constant travel speed of eg. 5mm / s in the negative direction, so in the next
Abtastschritt (beispielsweise nach ls) xl=95mm beträgt. Die Figur 9 zeigt den Regelfehler e (in Fig 7 das Bezugszeichen 14) über dem Abstand xl . Gemäß Fig 9 ist der Regelfehler e ca. bei der Position xl=-10mm minimal, wobei die Kühldüse 4 diese Position nach ca. 22s erreicht. Bei xl=-10mm ist e«0, sodass sich auch eine Regelgröße r«0 einstellt. Somit Sampling step (for example, after ls) xl = 95mm. FIG. 9 shows the control error e (reference symbol 14 in FIG. 7) over the distance x1. According to FIG. 9, the control error e is minimal at the position x1 = -10 mm, with the cooling nozzle 4 reaching this position after approximately 22 seconds. At xl = -10mm, e «0, so that a controlled variable r« 0 is also set. Consequently
verbleibt der Aktuator bei der Position xl=-10mm, die den Regelfehler e minimiert. the actuator remains at the position xl = -10mm, which minimizes the control error e.
Nach einer alternativen Aus führungs form verfährt der Aktuator in Abhängigkeit der Regelgröße r mit variabler According to an alternative embodiment, the actuator moves in dependence on the controlled variable r with variable
Geschwindigkeit, wobei es i.A. zweckmäßig ist, die maximalen Verfahrgeschwindigkeiten des Aktuators in positiver und negativer Richtung zu beschränken. Speed, i.A. it is expedient to limit the maximum travel speeds of the actuator in the positive and negative directions.
Figur 10 zeigt eine zweite Aus führungs form des Regelkreises zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ohne eine Messung der Temperatur des Strangs auskommt. Konkret wird die Oberflächentemperatur der Strangkante durch einen sogenannten Zustandsbeobachter 18, der die thermodynamische Wärmeleitungsgleichung für den Strang in einem Prozessmodell implementiert, berechnet. Konkret wird im Prozessmodell für den Metallstrang eine dreidimensionale, nichtlineare und instationäre Wärmeleitungsgleichung in Enthalpie Formulierung unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Dichtänderungen gelöst; für Details wird auf die WO 2009/141205 AI verwiesen. Die daraus resultierende Oberflächentemperatur der FIG. 10 shows a second embodiment of the control loop for carrying out the method according to the invention, which works without a measurement of the temperature of the strand. Specifically, the surface temperature of the strand edge is calculated by a so-called state observer 18, which implements the thermodynamic heat equation for the strand in a process model. Specifically, in the process model for the metal strand, a three-dimensional, nonlinear and transient heat equation in enthalpy formulation is solved taking into account temperature-dependent density changes; for details, reference is made to WO 2009/141205 AI. The resulting surface temperature of the
Strangkante wird über die Zustandrückführung dem Regler 12 zugeführt. Hierbei ist es zwar vorteilhaft, eine The strand edge is fed to the controller 12 via the state feedback. Although it is advantageous, a
dreidimensionale Formulierung der Wärmeleitungsgleichung zu verwenden; vielfach reicht jedoch auch eine zweidimensionale Formulierung aus. Bei einer dreidimensionalen Formulierung (beinhaltend eine Diskretisierung in der Längs-, Breiten- und Dickenrichtung des Strangs) der Wärmeleitungsgleichung kann der Regelung der Temperatur nicht nur eine to use three-dimensional formulation of the heat equation; In many cases, however, a two-dimensional formulation is sufficient. In a three-dimensional formulation (including a discretization in the longitudinal, width and thickness direction of the strand) of the heat equation, the regulation of the temperature can not only one
Oberflächentemperatur des Strangs zugrunde gelegt werden, sondern sogar Temperaturen im Inneren (d.h. die einen Abstand in Dickenrichtung zur Strangoberfläche aufweisen) des Strangs herangezogen werden. Surface temperature of the strand, but even temperatures in the interior (i.e., having a thicknesswise distance to the strand surface) of the strand are taken into account.
Figur 11 zeigt eine örtliche Diskretisierung des Strangs 1 in der Breitenrichtung, wobei das Temperaturprofil der Figure 11 shows a local discretization of the strand 1 in the width direction, wherein the temperature profile of the
Oberflächentemperatur des Strangs T(y) durch 2N+ 1 Surface temperature of the strand T (y) through 2N + 1
Stützstellen, wobei N ein Element der natürlichen Zahlen ist, diskretisiert ist. Support points, where N is an element of natural numbers, is discretized.
Figur 12 zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Regelung von Temperaturprofilen eingesetzt werden kann. Konkret wird dem Regelkreis ein Temperaturprofil 19, z.B. in vektorieller Form Solll SollN zugeführt, worauf dasFIG. 12 shows how the method according to the invention can also be used for the regulation of temperature profiles. Specifically, the control loop is a temperature profile 19, eg in vector form Solll SollN supplied, whereupon the
Temperaturabweichungsprofil 20 durch die elementweise Temperature deviation profile 20 by the element
Subtraktion von ΔΤ = Τ5,ο//-Τ berechnet wird. Die beobachtetenSubtraction of ΔΤ = Τ 5 , ο // -Τ is calculated. The observed
Zustandsgrößen T für die Temperatur des Strangs ergeben sich aus der Auswertung eines Zustandsbeobachters 18, der ein Prozessmodell mit einer zweidimensionalen Formulierung der Wärmeleitungsgleichung enthält. Basierend auf dem State variables T for the temperature of the strand result from the evaluation of a state observer 18, which contains a process model with a two-dimensional formulation of the heat conduction equation. Based on the
Temperaturabweichungsprofil ΔΤ = (Δ7[ ... ^) wird die skalare Regelabweichung 14 durch die Anwendung einer skalaren Kostenfunktion 22 auf das Temperaturabweichungsprofil ΔΤ berechnet, wobei die Kostenfunktion die Euklidische Norm von Temperature deviation profile ΔΤ = (Δ7 [... ^) the scalar control deviation 14 is calculated by applying a scalar cost function 22 to the temperature deviation profile ΔΤ, the cost function being the Euclidean norm of
ΔΤ auswertet,Evaluates ΔΤ,
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
Ausführungsbeispiel gemäß Fig 10 wird die Regelabweichung 14 einem digitalen Regler 12, konkret einem PI Regler,  10, the control deviation 14 is a digital controller 12, specifically a PI controller,
zugeführt, der die Regelgröße 15 berechnet. Die Regelgröße wird einerseits einem Aktuator der Kühldüse 4 zugeführt, der die Kühldüse 4 in der Breitenrichtung der Stahlbramme 1 verfährt. Andererseits wird die Position 23 der verfahrenen Kühldüse 4 auch wieder dem Zustandsbeobachter 18 zugeführt, der die Temperaturverteilung auf dem Strang 1 unter supplied, which calculates the controlled variable 15. The controlled variable is supplied on the one hand to an actuator of the cooling nozzle 4, which moves the cooling nozzle 4 in the width direction of the steel slab 1. On the other hand, the position 23 of the traversed cooling nozzle 4 is also fed back to the status observer 18, which underlies the temperature distribution on the strand 1
Berücksichtigung der verfahrenen Kühldüse neu berechnet. Die daraus resultierenden Temperaturen T werden wiederum dem Regelkreis zugeführt, sodass insgesamt die Abweichung  Recalculation of the lost cooling nozzle recalculated. The resulting temperatures T are in turn fed to the control loop, so that the total deviation
zwischen der Soll-Temperatur 19 und der beobachteten between the target temperature 19 and the observed
Temperatur 21 des Strangs 1 minimiert wird. Temperature 21 of the strand 1 is minimized.
Figur 13 zeigt eine alternative Aus führungs form zu Fig 12, die ohne einen Zustandsbeobachter 18 auskommt. In diesem Fall wird das Temperaturprofil 21 des Strangs 1 durch die Messung der Oberflächentemperaturen des Strangs, bspw. durch einen Pyrometer 11, der in der Breitenrichtung des Strangs 1 verfahrbar ausgebildet ist, ermittelt. Eine mögliche Diskretisierung des Temperaturprofils 21 ist in Fig 11 gezeigt . FIG. 13 shows an alternative embodiment of FIG. 12, which does not require a status observer 18. In this case, the temperature profile 21 of the strand 1 is determined by the measurement of the surface temperatures of the strand, for example by a pyrometer 11, which is designed to be movable in the width direction of the strand 1. A possible Discretization of the temperature profile 21 is shown in FIG.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 Stahlbramme 1 steel slab
2 Symmetrieachse  2 symmetry axis
3 Brammenbreite  3 slab width
4 Kühldüse  4 cooling nozzle
5 Verfahrrichtung der Kühldüse  5 Travel direction of the cooling nozzle
6 Spritzbild  6 spray pattern
7 Wassermengenverteilung  7 Water volume distribution
8 Strangschale  8 strand shell
9 Gießrichtung  9 casting direction
10 Strangkante  10 strand edge
11 Pyrometer  11 pyrometers
12 Regeleinrichtung  12 control device
13 Regelstrecke  13 controlled system
14 Regelfehler e  14 control error e
15 Regelgröße r  15 controlled variable r
16 Temperaturwert T  16 temperature value T
17 Soll-Temperatur TSoii 17 target temperature T So ii
18 Zustandsbeobachter  18 state observers
19 Soll-Temperaturprofil TSon 19 Target temperature profile T So n
20 Temperaturabweichungsprofil ΔΤ  20 temperature deviation profile ΔΤ
21 Temperaturprofil T  21 Temperature profile T
22 Kostenfunktion  22 cost function
23 Verfahrweg der Kühldüse  23 Travel path of the cooling nozzle
T Temperatur T temperature
xl Abstand in horizontaler Richtung zur äußeren Grenze des Spritzbilds xl Distance in the horizontal direction to the outer boundary of the spray pattern
x2 Abstand in horizontaler Richtung zur Kühldüse x2 Distance in horizontal direction to the cooling nozzle

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Strangs (1), vorzugsweise einer Stahlbramme (1), durch das Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse (4) in einer Strangführung einer Stranggießanlage, mit den folgenden Verfahrensschritten: 1. A method for controlling a temperature of a strand (1), preferably a steel slab (1), by positioning a movable cooling nozzle (4) in a strand guide of a continuous casting plant, comprising the following process steps:
- Bestimmen wenigstens eines Temperaturwerts T (16) des Strangs (1) in einer Richtung quer zur Gießrichtung (9) des Strangs ( 1 ) ;  - determining at least one temperature value T (16) of the strand (1) in a direction transverse to the casting direction (9) of the strand (1);
- Bestimmung eines Regelfehlers e (14) durch die  - Determination of a control error e (14) by the
Subtraktion des Temperaturwerts T (16) von einer Soll- Temperatur son (17) des Strangs (1), konkret e = TSoll - T ; Subtracting the temperature value T (16) from a setpoint temperature s o n (17) of the strand (1), specifically e = T setpoint T;
- Berechnung einer Regelgröße r (15) in Abhängigkeit des Regelfehlers e (14) unter Zuhilfenahme eines Regelgesetzes; und  - calculation of a controlled variable r (15) as a function of the control error e (14) with the aid of a control law; and
- Positionieren der Kühldüse (4) in der Richtung quer zur Gießrichtung (9) des Strangs (1) in Abhängigkeit der  - Positioning of the cooling nozzle (4) in the direction transverse to the casting direction (9) of the strand (1) in dependence of
Regelgröße r (15), sodass der Regelfehler e (14) minimiert wird . Controlled variable r (15), so that the control error e (14) is minimized.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Temperaturwerts T (16) an einer 2. The method according to claim 1, characterized in that the determination of the temperature value T (16) at a
Strangkante (10) des Strangs (1) erfolgt. Strand edge (10) of the strand (1) takes place.
3. Verfahren zur Regelung eines Temperaturprofils eines 3. Method for controlling a temperature profile of a
Strangs (1), vorzugsweise einer Stahlbramme, durch das Strand (1), preferably a steel slab, through the
Positionieren einer verfahrbaren Kühldüse (4) in einer Positioning a movable cooling nozzle (4) in one
Strangführung einer Stranggießanlage, mit den folgenden Strand guide of a continuous casting plant, with the following
Verfahrensschritten : Process steps:
- Bestimmen eines Temperaturprofils T (21) des Strangs - Determining a temperature profile T (21) of the strand
(1) in einer Richtung quer zur Gießrichtung (9) des Strangs(1) in a direction transverse to the casting direction (9) of the strand
(l) ; - Bestimmung eines Temperaturabweichungsprofils ΔΤ (20) durch die Subtraktion des Temperaturprofils T (21) von einem Soll-Temperaturprofil TSon (19) des Strangs (1), konkret (l); - Determining a temperature deviation profile ΔΤ (20) by the subtraction of the temperature profile T (21) of a target temperature profile T So n (19) of the strand (1), specifically
ΔΤ = TM - T ; ΔΤ = T M - T;
- Berechnung eines Regelfehlers e (14) durch Anwendung einer skalaren Kostenfunktion f (22) auf das  Calculation of a control error e (14) by applying a scalar cost function f (22) to the
Temperaturabweichungsprofil ΔΤ (20), konkret e = f(\T) ; Temperature deviation profile ΔΤ (20), specifically e = f (\ T);
- Berechnung einer Regelgröße r (15) in Abhängigkeit des Regelfehlers e (14) unter Zuhilfenahme eines Regelgesetzes; und  - calculation of a controlled variable r (15) as a function of the control error e (14) with the aid of a control law; and
- Positionieren der Kühldüse (4) in der Richtung quer zur Gießrichtung (9) in Abhängigkeit der Regelgröße r (15), sodass der Regelfehler e (14) minimiert wird.  - Positioning of the cooling nozzle (4) in the direction transverse to the casting direction (9) in dependence of the controlled variable r (15), so that the control error e (14) is minimized.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Temperaturwerts T (16) oder des Temperaturprofils T (21) durch die Beobachtung eines Zustandsbeobachters (18), beinhaltend ein Prozessmodell mit einer thermodynamischen Wärmeleitungsgleichung für den Strang (1), erfolgt. 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the determination of the temperature value T (16) or the temperature profile T (21) by the observation of a state observer (18), including a process model with a thermodynamic heat equation for the strand ( 1).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Temperaturwerts T (16) oder des Temperaturprofils T (21) durch Messung 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the determination of the temperature value T (16) or the temperature profile T (21) by measurement
wenigstens einer Temperatur des Strangs (1) erfolgt. at least one temperature of the strand (1).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Temperatur durch Auswertung der 6. The method according to claim 5, characterized in that the measurement of the temperature by evaluation of
Wärmestrahlung des Strangs (1) erfolgt. Heat radiation of the strand (1) takes place.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktion f (22) die Maximumsnorm berechnet 7. The method according to claim 3, characterized in that the cost function f (22) calculates the maximum norm
e = /(AT) = ||ΔΤ|| e = / (AT) = || ΔΤ ||
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktion f (22) die Zweiernorm berechnet 8. The method according to claim 3, characterized in that the cost function f (22) calculates the two nuclear standard
e = /(AT) = ||ΔΤ||2 e = / (AT) = || ΔΤ || 2
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgesetz ein lineares 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control law is a linear
Regelverhalten aufweist. Has control behavior.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgesetz eine Charakteristik eines P, PI, PID, H2, H«. oder eines Zustandsreglers aufweist. 10. The method according to claim 9, characterized in that the control law is a characteristic of a P, PI, PID, H2, H «. or a state controller.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgesetz ein nichtlineares 11. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the control law is a nonlinear
Regelverhalten aufweist.  Has control behavior.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Echtzeit ausgeführt wird. characterized in that the method is carried out in real time.
13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsbeobachter (18) eine Stranghälfte einerseits einer Symmetrieachse (2) des Strangs (1) beobachtet. 13. The method according to claim 4, characterized in that the state observer (18) observes a strand half on the one hand an axis of symmetry (2) of the strand (1).
PCT/EP2011/073939 2011-02-07 2011-12-23 Method for regulating a temperature of a strand by positioning a movable cooling nozzle in a strand guide of a strand casting system WO2012107143A1 (en)

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