(19)
(11)EP 3 515 634 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
10.06.2020  Patentblatt  2020/24

(21)Anmeldenummer: 17771449.0

(22)Anmeldetag:  21.09.2017
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
B22D 11/16(2006.01)
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/EP2017/073914
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2018/055038 (29.03.2018 Gazette  2018/13)

(54)

REGELUNG DER SCHMALSEITENKONIZITÄT EINER STRANGGUSSKOKILLE : VERFAHREN UND VORRICHTUNG

CONTROLLING THE NARROW-SIDE CONICITY OF A CONTINUOUS CASTING MOULD: METHOD AND DEVICE

RÉGLAGE DE LA CONICITÉ DE PETIT CÔTÉ D'UNE LINGOTIÈRE DE COULÉE CONTINUE, PROCÉDÉ ET DISPOSITIF


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 26.09.2016 AT 508562016

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
31.07.2019  Patentblatt  2019/31

(73)Patentinhaber: Primetals Technologies Austria GmbH
4031 Linz (AT)

(72)Erfinder:
  • RAMSTORFER, Franz
    2225 Zistersdorf (AT)

(74)Vertreter: Metals@Linz 
Primetals Technologies Austria GmbH Intellectual Property Upstream IP UP Turmstraße 44
4031 Linz
4031 Linz (AT)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A1- 0 114 293
EP-A2- 0 386 863
JP-A- S56 119 646
EP-A1- 0 914 888
AT-B- 373 515
US-A1- 2009 250 188
  
  • MOERWALD K ET AL: "BENEFITS OF SMART SEGMENT TECHNOLOGY AND ASTC STRAND TAPER CONTROL IN CONTINUOUS CASTING", STEEL TIMES INTERNATIONAL, DMG WORLD MEDIA, LEWES, GB, Bd. 27, Nr. 1, 1. Dezember 2002 (2002-12-01), Seiten 17-19, XP001144409, ISSN: 0143-7798
  
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille basierend auf der Messung der auf die Schmalseiten aufgebrachten Kräfte.

[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stranggusskokille, deren Schmalseitenplatten mit Hilfe von in unterschiedlichem Abstand zur Eingießseite gelegenen Aktoren entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren angestellt werden.

[0003] Stranggusskokillen kommen beim Gießen von Metallbrammen, insbesondere beim Gießen von Stahlbrammen zum Einsatz. Dabei besteht eine Stranggusskokille, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, aus vier einzelnen, zueinander verschiebbar angeordneten Metallplatten, den sogenannten Kokillenplatten, die bevorzugt aus einer Kupferlegierung gefertigt sind und im Wesentlichen Quaderform besitzen.

[0004] In Bezug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille besitzen alle vier Kokillenplatten annähernd die gleiche Erstreckung, die folglich als Kokillenhöhe H bezeichnet wird. Zudem weisen jeweils zwei der Kokillenplatten dieselbe Abmessung in Breitenrichtung auf. Die Kokillenplatten des Paares mit der größeren Abmessung in Breitenrichtung werden auch als Breitseitenplatten bezeichnet, jene mit der kleineren Abmessung in Breitenrichtung als Schmalseitenplatten.

[0005] Die vier Kokillenplatten einer Stranggusskokille werden, bezogen auf die Gießrichtung, in gleicher Höhe angeordnet, wobei die beiden Breitseitenplattenplatten und die beiden Schmalseitenplatten jeweils einander gegenüberliegen. Dadurch entsteht eine beidseitig offene Gießform, deren Öffnungen als eingießseitiges bzw. austrittseitiges Ende bezeichnet werden und die - bezogen auf eine zur Gießrichtung normal stehende Schnittebene - einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

[0006] Die Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt derart, dass jede der beiden Breitseitenplatten während des Gießvorganges mit ihrer Innenfläche die beiden Schmalseitenplatten, und umgekehrt jede Schmalseitenplatte mit zwei einander gegenüberliegenden Außenflächen die beiden Breitseitenplatten kontaktiert. Dabei wird die Distanz zwischen den austrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten als Gießbreite bezeichnet, da dieser Abstand die Abmessung des gegossenen Metallstranges beim Austritt aus der Kokille definiert.

[0007] Diese Anordnung ermöglicht einerseits, dass die Schmalseitenplatten auch während des Gießvorganges parallel zu den Innenflächen der Breitseitenplatten verschoben werden können. Andererseits kann durch mechanisches Anstellen der Breitseitenplatten an die Schmalseitenplatten eine Klemmkraft auf die Schmalseitenplatten ausgeübt werden.

[0008] Der - bezogen auf die Gießrichtung - von den Kokillenplatten umschlossene Raum wird im Weiteren als Innenraum der Kokille bezeichnet, dementsprechend werden die dem Innenraum zugewandten Flächen der Kokillenplatten als deren Innenflächen bezeichnet, analog dazu werden die den Innenflächen der jeweiligen quaderförmigen Kokillenplatten gegenüberliegenden Flächen auch als Außenflächen der Kokillenplatten bezeichnet.

[0009] An den Außenflächen der Kokillenplatten sind in der Regel sogenannte Backupplatten befestigt, die einerseits für eine ausreichende mechanische Stabilität der Kokillenplatten sorgen und andererseits eine Kühlvorrichtung enthalten, der die beim Stranggießen freiwerdende Wärme der Metallschmelze von den Kokillenplatten ableitet. Derartige Vorrichtungen, wie z.B. Ausfräsungen an den Außenflächen der Kokillenplatten, die gemeinsam mit den Backupplatten wasserdurchströmte Kühlkanäle ausbilden, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.

[0010] Die verschiebbare Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt durch entsprechende Aktoren, die es ermöglichen, einzelne Kokillenplatten räumlich zu positionieren und dadurch die für die Abmessung der produzierten Metallbramme maßgebliche Querschnittsfläche der Kokille zu variieren. Derartige Aktoren können z.B. motorisch angetriebene Spindeln oder hydraulische Aktoren sein, die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind.

[0011] Beim Gießvorgang wird eine Metallschmelze am eingießseitigen Ende in den Innenraum der Kokille eingebracht, wobei die Metallschmelze wegen der Wärmeabgabe an die Kokillenplatten im Kontaktbereich zu den Kokillenplatten zu erstarren beginnt und in diesem Bereich eine sogenannte Strangschale ausbildet, deren Dicke sich während des Durchtretens des entsprechenden Strangabschnitts durch die Kokille kontinuierlich vergrößert. Der solcherart teilerstarrte Metallstrang wird durch entsprechende Auszugsvorrichtungen, wie z.B. angetriebene Treiberrollen in dem der Kokille nachfolgenden Rollgang, am austrittseitigen Ende der Kokille aus dieser ausgezogen, wobei dieser Prozess durch mechanische Oszillationsbewegungen der Kokille selbst unterstützt wird.

[0012] Die Oberfläche der flüssigen Metallschmelze im Inneren der Stranggusskokille wird auch als Gießspiegel bezeichnet, dementsprechend ist die sog. Gießspiegelhöhe h als Abstand des Gießspiegels vom austrittseitigen Ende der Kokille definiert.

[0013] Weiters wird in die Kokille an ihrem eingießseitigen Ende Gießpulver auf die Metallschmelze aufgebracht, welches an der Oberfläche der noch flüssigen Metallschmelze durch die abgegebene Wärme aufgeschmolzen wird und in weiterer Folge einen Gleitfilm zwischen der sich bildenden Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten ausbildet, der die mechanische Reibung zwischen der Strangschale und den Innenseiten der Kokillenplatten verringert.

[0014] Trotz der Ausbildung einer Strangschale verbleibt der überwiegende Teil des im Kokilleninneren befindlichen Abschnittes des Metallstranges in der flüssigen Phase. Daher wirkt auf die Strangschale ein entsprechender ferrostatischer Druck, der durch einen entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten ausgeglichen werden muss, da die Strangschale selbst keinen ausreichenden Gegendruck aufbauen kann.

[0015] Aus diesem Grund wird während des Gießvorganges insbesondere auf die Schmalseitenplatten mittels deren Aktoren eine entsprechende Andruckkraft aufgebracht, da die Klemmwirkung, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, in der Regel nicht ausreichend ist.

[0016] Ein an einer Schmalseitenplatte angeordneter Aktor besitzt einen Angriffspunkt, an dem eine Kraftübertragung an die Schmalseitenplatte erfolgt und wobei durch eine räumliche Verschiebung des Angriffspunktes durch den Aktor die Schmalseitenplatte an dieser Stelle bewegt wird. Dieser Angriffspunkt kann gelenkig ausgestaltet sein, wenn sich beispielswese die Neigung der Schmalseitenplatte bei der Verschiebung durch den Aktor ändert. Dem Angriffspunkt ist in diesem Sinne eine im Raum verschiebliche Position zugeordnet, die im Weiteren als Aktorposition bezeichnet wird. Weiters umfasst ein Aktor einen Sensor, mit dem der aktuelle Wert der Aktorposition erfasst wird, welcher auch als Istposition des Aktors bezeichnet wird und der an eine Regeleinheit übertragen wird.

[0017] Bei einer Positionsregelung des Aktors wird diesem von der Regeleinheit ein bestimmter Positionswert vorgegeben, der im Weiteren auch als Sollposition des Aktors bezeichnet wird. Dabei wird die Istposition des Aktors mit dessen Sollposition verglichen und der Aktor von der Regeleinheit derart angesteuert, dass Istposition und Sollposition übereinstimmen. Diese Ansteuerung geschieht durch Beaufschlagung des Aktors mit einer entsprechenden mechanischen Kraft, die über den Angriffspunkt des Aktors an die Schmalseitenplatte übertragen wird und wodurch als Folge die Position der Schmalseitenplatte an dieser Stelle verändert wird. Die Beaufschlagung des Aktors mit einer mechanischen Kraft wird ebenfalls von der Regeleinheit veranlasst und kann beispielsweise durch Veränderung des Hydraulikdrucks erfolgen, wenn der Aktor in Form eines Hydraulikzylinders ausgestaltet ist.

[0018] Während des Gießvorganges werden allen Aktoren der Stranggusskokille individuelle Sollpositionen vorgegeben und dadurch die nach innen wirkende Kräfte der einzelnen Aktoren so geregelt, dass durch das Zusammenwirken aller Aktoren während des Gießvorganges - mit Ausnahme während des Vorganges einer Positionsverstellung der Schmalseitenplatten - die nach außen gerichteten Kräfte der Metallschmelze exakt ausgeglichen werden, da sich andernfalls die Schmalseitenplatten bewegen würden. Es herrscht somit ein Kräftegleichgewicht zwischen den nach außen gerichteten, vom ferrostatischen Druck der Metallschmelze verursachten Kräften und den nach innen gerichteten Kräften der Aktoren.

[0019] Da Metalllegierungen bei ihrer Erstarrung und nachfolgenden Abkühlung eine Verkleinerung ihres räumlichen Volumens erfahren, schrumpft der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die Kokille entsprechend. Es ist zudem bekannt, dass zur Erreichung eines qualitativ möglichst hochwertigen Ergebnisses der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die Kokille einen möglichst großflächigen mechanischen Kontakt zu den Innenflächen der Kokillenplatten aufweisen soll. Hebt sich jedoch die Strangschale aufgrund thermischer Schrumpfung von der Kokilleninnenfläche ab, so reduziert dies an der betreffenden Stelle den Wärmeabfluss aus dem Metallstrang in nennenswertem Ausmaß, was eine uneinheitliche Qualität der Strangoberfläche zur Folge hat und im Extremfall bis zum Aufreißen der Strangschale führen kann.

[0020] Eine Maßnahme, um ein möglichst großflächiges und gleichmäßiges Anliegen des durch die Kokille hindurchtretenden Metallstranges zu erreichen, besteht darin, eine geringfügige Neigung zwischen den jeweils einander gegenüberliegenden Kokillenplatten vorzugeben, sodass sich der Querschnitt der Kokille vom eingießseitigen Ende zum austrittseitigen Ende entsprechend der Schrumpfung des Metallstranges verjüngt.

[0021] Die Neigung der gegenüberliegenden Breitseitenplatten wird in der Regel durch eine trapezförmige Form der Schmalseitenplatten erreicht: da die Schmalseitenplatten die beiden Breitseitenplatten entlang ihrer Höhenerstreckung kontaktieren, besteht zwischen den jeweils oberen, eingießseitigen Enden der beiden Breitseitenplatten ein anderer Abstand als zwischen den unteren, austrittseitigen Enden der Breitseitenplatten. Der Quotient aus der Differenz zwischen den oberen Abständen f und den unteren Abständen d zwischen den Breitseitenplatten und der Kokillenhöhe H entsprechend

wird auch als Breitseitenkonizität bezeichnet.

[0022] In ähnlicher Weise wird die Konizität der Schmalseitenplatten - im Weiteren auch als Schmalseitenkonizität Ks bezeichnet - üblicherweise als Differenz des Abstands e der eingießseitigen Enden der Schmalseitenplatten zueinander und des Abstands b der austrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten zueinander, welcher identisch zur Gießbreite b ist, gemäß

definiert. Es sind jedoch auch andere Definitionen der Schmalseitenkonizität möglich, wobei wesentlich ist, dass diese dabei von der Neigung zumindest einer der Schmalseitenplatten in Bezug auf die Gießrichtung abhängen. So ist es denkbar, eine Definition für die Schmalseitenkonizität nur auf eine einzelne Schmalseitenplatte zu beziehen, beispielsweise

wobei der Index l die erste bzw. die zweite Schmalseitenplatte und el den eingießseitigen und bl den austrittseitigen Normalabstand der Schmalseitenplatte l zur geometrischen Mittenlinie der Stranggusskokille bezeichnen. Im Fall einer derartigen, nur auf eine Schmalseitenplatte bezogenen Definition der Schmalseitenkonizität werden der Stranggusskokille folglich zwei Werte für die Schmalseitenkonizität zugeordnet.

[0023] Da der Breitseitenkonus allein durch die geometrische Form der Schmalseitenplatten vorgegeben ist, kann darauf während des Gießbetriebes kein Einfluss genommen werden. Um daher den Kontakt der Kokilleninnenseite mit der Strangschale während des Gießvorganges zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, die Einfluss auf die Form der Schmalseitenplatten einer Kokille nehmen.

[0024] Die Ausbildung der Strangschale beim Durchtritt des Metallstranges durch die Stranggusskokille hängt von unterschiedlichen Faktoren, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, der Zusammensetzung der Metallschmelze selbst, den Eigenschaften des Gießpulvers oder von der Kühlleistung der Kühlvorrichtung der Kokille ab, die den Wärmeübertrag vom gegossenen Metallstrang an die Kokille und damit den mechanischen Kontakt des Metallstranges mit der Kokille ebenfalls beeinflussen.

[0025] Aus der JP 2010 253548 A ist eine Konstruktion für Stranggusskokillen bekannt, die vorschlägt, die Schmalseitenplatten während des Gießens in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit, des Kohlenstoffgehalts der Metallschmelze oder des aus dem Metallstrang an die Kokille übertretenden Wärmestroms mechanisch zu verbiegen, wobei der Wärmestrom aus Temperaturwerten des Kühlwassers der Kühlvorrichtung der Kokille errechnet wird. Ziel dieser Erfindung ist es, durch das gezielte Verbiegen der Schmalseitenplatten sowohl den Erstarrungsverlauf der Strangschale als auch die Reibungskräfte, die an den Innenflächen der Kokillenplatten auftreten, auch bei sich ändernden Gießbedingungen möglichst konstant zu halten und so die Bildung von Längsrissen im gegossenen Metallstrang zu vermeiden. Dabei wird zur Aufbringung der erforderlichen Biegekräfte ein komplexer Biegemechanismus entsprechend Fig. 15 und Fig. 18 verwendet.

[0026] Die JP H03 210953 A schlägt eine Stranggusskokille vor, deren Schmalseitenplatten jeweils eine in horizontaler Richtung senkrecht zur Gießrichtung verlaufende Nut 15 aufweisen, weswegen sich an dieser Stelle unter Krafteinwirkung ein Knick entsprechend Fig.1 ausbildet. Die Regelung dieser Krafteinwirkung erfolgt dabei in Abhängigkeit von mittels eines Thermoelementes gemessenen Temperaturwerten in der Nähe des austrittseitigen Endes der Schmalseitenplatten. Die Nuten der Schmalseitenplatten stellen dabei eine mechanische Schwachstelle dar.

[0027] Die JP H02 247059 A schlägt vor, die Schmalseitenplatten mitsamt den daran montierten Backupplatten in Abhängigkeit des gemessenen Wärmestromes bzw. der Gießgeschwindigkeit zu verbiegen. Die dafür benötigten Biegekräfte sind sehr hoch, die Innenflächen der Schmalseitenplatten nehmen dabei einen entlang der Gießrichtung gekrümmten Verlauf an.

[0028] Nachteilig bei allen vorgenannten Veröffentlichungen ist, dass zur Verbiegung der Schmalseitenplatten hohe mechanische Kräfte bzw. entsprechend komplexe Gewerke nötig sind.

[0029] Zudem wird bei den genannten Veröffentlichungen ein hypothetischer Erstarrungsverlauf der Strangschale angenommen, für den eine physikalische Modellbildung nötig ist, die wiederum von diversen Einflussfaktoren abhängt und daher mit dementsprechenden Unsicherheiten behaftet ist, da keine direkte Messung der tatsächlichen Kontaktfläche zwischen Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatte stattfindet.

[0030] Ein weiterer Nachteil der obengenannten Veröffentlichungen besteht darin, dass eine Regelung, die auf einem gemessenen Temperaturwert bzw. einem gemessenen Wärmestrom beruht, eine entsprechend inhärente Trägheit besitzt und daher nicht schnell genug auf sich rasch ändernde Produktionsbedingungen reagieren kann.

[0031] Um nachteilige mechanische Belastungen der Schmalseitenplatten zu umgehen, schlägt die gegenständliche Erfindung daher vor, anstatt einer Verbiegung der Schmalseitenplatten diese während des Gießbetriebes in ihrer räumlichen Lage zu verändern, indem sie entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten geführt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Klemmkraft, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, reduziert wird, dann die Schmalseitenplatten mithilfe entsprechender positionsgeregelter Aktoren entsprechend verstellt und schließlich der Anpressdruck der Breitseitenplatten auf den ursprünglichen Wert wieder eingestellt wird. Ein solcher Verstellvorgang erfolgt kontrolliert und derart, dass es trotz der nach außen wirkenden Kräfte der flüssigen Metallschmelze zu keinem plötzlichen Aufreißen der Strangschale kommt.

[0032] Insbesondere kann so die der Schmalseitenkonizität an die von der Ausbildung der Strangschale herrührende Schrumpfung des Metallstranges angepasst werden, sodass die Kontaktfläche der Schmalseitenplatten mit der Strangschale möglichst groß ist. Dabei werden keine Kräfte für die Verbiegung der Schmalseitenplatten selbst aufgebracht und die Reibungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten werden nicht unnötig erhöht.

[0033] Bei einer in diesem Sinne optimalen Schmalseitenkonizität entspricht die Anstellung der Schmalseiten der Kokille genau der Schrumpfung des Strangs, die durch das Anwachsen der Strangschale hervorgerufen wird. Typische Werte der Schmalseitenkonizität liegen zwischen 0.9% und 1.3% der Gießbreite entsprechend der obengenannten Definition.

[0034] Eine zu starke Konizität der Schmalseitenplatten, die eine Quetschung des Stranges durch die Kokille verursacht, bewirkt neben einer verstärkten Abnutzung der Kokillenoberfläche eine Erhöhung der Reibung zwischen Kokille und Strang. Unter Umständen kann beim Durchtreten des Metallstranges durch die Stranggusskokille im Kantenbereich, wo die Schmalseitenplatten und die Breitseitenplatten aufeinandertreffen, auch ein Ausbeulen der Strangschale nach innen erfolgen, was wiederum zu Längsfehlern im Metallstrang führt.

[0035] Durch eine zu geringe Schmalseitenkonizität andererseits entsteht eine Lücke zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten der Kokille, was zu einem reduzierten Strangschalenwachstum aufgrund einer zu geringen Wärmeabfuhr über die Kokillenwände führen kann. Ein dadurch hervorgerufenes Ausbeulen des Strangs in der Kokille kann neben einer erhöhten Durchbruchswahrscheinlichkeit ebenfalls zu Qualitätsproblemen im Kantenbereich des Metallstranges führen.

[0036] Die optimale Schmalseitenkonizität hängt von diversen Produktionsparametern, wie z.B. der Schrumpfungscharakteristik der gegossenen Metallschmelze oder auch von der tatsächlichen Wärmeabfuhr, die unter anderem durch die Eigenschaften des Gießpulvers und die Gießgeschwindigkeit bestimmt wird, ab. Es ist daher sinnvoll, die Schmalseitenkonizität an die vorherrschend Gießbedingungen während des Gießens dynamisch anzupassen.

[0037] Das Einstellen der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille während des Gießbetriebes in Abhängigkeit von einem Produktionsparameter ist aus dem Stand der Technik bekannt. Um eine rasche Schmalseitenverstellung zu gewährleisten, kann die Klemmung der Breitseitenplatten beispielsweise permanent durch eine voreingestellte Federklemmung erfolgen, deren Klemmwirkung von einer entsprechenden Entklemmvorrichtung nur kurzzeitig während der Verstellung der Schmalseitenkonizität geöffnet wird, indem Aktoren der Entklemmvorrichtung die Klemmkraft der Federklemmung aufheben.

[0038] So beschreibt die DE 10 2014 227 013 A1 die Verstellung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille in Abhängigkeit von einer Temperaturverteilung in den Kokillenplatten und dem daraus abgeleiteten mechanischen Kontakt der Strangschale an die Innenflächen der Kokillenplatten. Die Temperaturverteilung wird dabei bevorzugt mit Hilfe von Lichtwellenleitersensoren ermittelt, wobei auf den mechanischen Kontakt bzw. auf die Ausbildung von Luftspalten aus dem Verhältnis von Messwerten zwischen mittig angeordneter und randnaher Temperatursensoren rückgeschlossen wird.

[0039] Zum einen ist die in der DE 10 2014 227 013 A1 beschriebene temperaturbasierte Regelung des Schmalseitenkonus relativ langsam - so kann beispielsweise das Abheben der Strangschale nur mit entsprechender zeitlicher Verzögerung detektiert werden. Andererseits basiert dieses Regelverfahren lediglich auf dem vom gegossenen Metallstrang an die Kokillenplatten übertretenden Wärmestrom und den damit einhergehenden Temperaturänderungen, ohne jedoch Reibungskräfte zu berücksichtigen und stellt somit nur ein indirektes Verfahren zur Ermittlung der geeigneten Konizität dar, das mit entsprechenden Ungenauigkeiten behaftet ist.

[0040] Die JP S56 119646 A beschreibt eine Stranggusskokille, deren Platten während des Gießens druckgeregelt verfahren werden. Dabei sind die Schmalseitenplatten jeweils an ihrem eingießseitigen Ende beweglich mit einer Basisplatte verbunden, welche in horizontaler Richtung bewegt und fixiert werden kann. Nahe dem gießaustrittseitigen Ende der Schmalseitenplatten liegt der Angriffspunkt eines druckgeregelten Aktors, z.B. eines Hydraulikzylinders, der die Schmalseitenplatten gegen den gegossenen Metallstrang drückt, wobei ein geringer Spaltabstand von 0.1 - 0.2mm in Gießrichtung zwischen den Schmalseitenplatten und den Breitseitenplatten besteht, um deren Relativbewegung zu ermöglichen.

[0041] Zwar erlaubt diese Erfindung wegen der druckgeregelten Ansteuerung der unteren Aktoren ein schnelles Reagieren auf wechselnde Produktionsbedingungen in Bezug auf den Kontakt der Schmalseitenplatten mit dem Metallstrang, jedoch erfolgt mit den Bewegungen der Aktoren gleichzeitig ein Verstellen des Schmalseitenkonus selbst, sodass das Anliegeverhalten der Schmalseitenplatten einerseits und der optimale Wert des Schmalseitenkonus andererseits nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Außerdem kann keine gleichmäßige Gießbreite aufrechterhalten werden, da bei einem Regelvorgang eine Verkippung der Schmalseitenplatten an ihrem unterem Ende erfolgt und zudem auch nicht gewährleistet werden kann, dass der Schmalseitenkonus auf beiden Seiten identisch ist, was zu einem uneinheitlichen Wachstum der Strangschale führen kann.

[0042] Weiterhin ist es üblich, aus bekannten Produktionsparametern wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze, der Gießbreite, der aktuellen Gießgeschwindigkeit oder eines aus gemessenen Temperaturwerten errechneten Wärmestromes, einen Wert für die Schmalseitenkonizität zu errechnen und diesen Wert manuell mittels des Automatisierungssystems der betreffenden Stranggießanlage vorzugeben. Diese Vorgehensweise beruht entweder auf Erfahrungswerten oder einer Modellannahme bezüglich des Strangschalenwachstums und ist daher mit entsprechend vielen Unsicherheiten behaftet, zudem ist eine genaue Reproduzierbarkeit wegen des manuellen Eingriffes nicht gegeben.

[0043] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der vorgenannten Methoden zu überwinden und ein Verfahren zum Regeln der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille zu offenbaren, das in Abhängigkeit von den aktuellen Prozessbedingungen eine möglichst schnelle und reproduzierbare Einstellung des optimalen Wertes der Schmalseitenkonizität im Sinne einer möglichst großen Kontaktfläche zwischen Strangschale und Kokilleninnenseite ohne unnötige Erhöhung der Reibungskräfte erlaubt.

[0044] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0045] Im Folgenden wird von einer Stranggusskokille ausgegangen, deren Schmalseitenplatten über jeweils zumindest zwei mechanische Aktoren entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten verschoben werden können und wodurch eine nach innen gerichtete Kraft auf die Strangschale des gegossenen Metallstranges ausgeübt wird, um dem nach außen wirkenden ferrostatischen Druck der noch nicht durcherstarrten Metallschmelze entgegenzuwirken, da die Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten und die intrinsische Kohäsionskraft der Strangschale selbst nicht ausreichen, um ein Aufreißen des Stranges zu verhindern. Diese von den Schmalseitenplatten auf die Strangschale übertragenen Kräfte werden im Weiteren als Schmalseitenkräfte bezeichnet.

[0046] Es wird angenommen, dass die Gießrichtung der Stranggusskokille 1 im Wesentlichen in Richtung der Erdbeschleunigung orientiert ist; daher steigt der ferrostatische Druck der in die Kokille 1 eingebrachten Metallschmelze in Gießrichtung entsprechend dem Verhalten einer Flüssigkeit linear mit dem Abstand zur Oberfläche der Metallschmelze an, die sich in Gießrichtung in einem Abstand entsprechend der Gießspiegelhöhe über den austrittseitigen Enden der Kokillenplatten befindet.

[0047] Der Druckanstieg innerhalb der flüssigen Metallschmelze setzt sich naturgemäß auch unterhalb des austrittseitigen Endes der Stranggusskokille fort. Eine Abweichung vom linearen Anstiegsverhalten aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Dichte der Metallschmelze kann in dieser Betrachtung in guter Näherung vernachlässigt werden, da die Temperatur der in die Kokille eingebrachten Schmelze nur knapp über der Erstarrungstemperatur liegt.

[0048] Der ferrostatische Druck der Metallschmelze bewirkt nach außen gerichtete Kräfte, die durch entsprechend nach innen gerichtete Gegenkräfte kompensiert werden müssen, um ein Aufreißen der Strangschale zu verhindern.

[0049] Beim Durchtreten der Metallschmelze durch die Stranggusskokille kommt es aufgrund der Kühlwirkung zur Ausbildung einer Strangschale entlang der Innenflächen der Kokillenplatten. Die Strangschale besitzt eine Eigenfestigkeit, die lokal von ihrer Dicke abhängt und die den nach außen wirkenden ferrostatischen Druck der Metallschmelze teilweise kompensiert. Der darüberhinausgehende Teil des ferrostatischen Drucks muss im Inneren der Stranggusskokille durch entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten kompensiert werden, um ein Aufreißen der Strangschale zu vermeiden.

[0050] Während sich durch die fest eingestellte Klemmung der Breitseitenplatten der entsprechende Gegendruck automatisch einstellt, muss der Gegendruck entlang der Schmalseitenplatten aktiv geregelt werden, da es zu keiner vollständigen Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten kommt. Die räumliche Position und Orientierung der Schmalseitenplatten erfolgt daher durch eine aktive Positionsregelung der die Schmalseitenplatten bewegenden mechanischen Aktoren.

[0051] Nach dem Austreten des Metallstranges aus der Stranggusskokille ist die Strangschale bereits soweit angewachsen, dass der die Eigenfestigkeit der Strangschale überschreitende ferrostatische Druck problemlos durch räumlich fest eingestellte bzw. positionsgeregelte Strangführungsrollen ausgeglichen werden kann, wobei die Strangführungsrollen die Oberfläche des ausgezogenen Metallstranges direkt abstützen.

[0052] Versuche zeigen, dass die Schmalseitenkräfte mit kleiner werdender Gießgeschwindigkeit (kleiner als 0.6 Meter pro Minute) bedingt durch die Ausbildung der Strangschale und der damit einhergehenden Strangschrumpfung stets abnehmen, bis der Metallstrang bei sehr kleinen Gießgeschwindigkeiten (0 bis 0.2 Meter pro Minute) den Kontakt mit den Kokillenschmalseiten fast vollständig verliert und die Schmalseitenkräfte gegen Null tendieren.

[0053] Weiters zeigen Versuche, dass eine Verstellung der Schmalseitenkonizität einen direkten Einfluss auf die benötigten Schmalseitenkräfte bewirkt.

[0054] Es liegt somit ein empirischer Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Gießgeschwindigkeit vor. Weiters besteht ein Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Schmalseitenkonizität.

[0055] Die vorliegende Erfindung zur Einstellung eines möglichst optimalen Wertes der Schmalseitenkonizität, bei der die Anstellung der Schmalseitenplatten gegen die sich ausbildende Strangschale genau die Schrumpfung des Metallstranges ausgleicht, basiert auf der Ausnutzung dieses Zusammenhanges und schlägt ein
Verfahren zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität Ks einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges mit Hilfe zumindest eines Regelkreises vor, wobei die Stranggusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte umfasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Aktoren zum Positionieren der jeweiligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der Stranggusskokille angeordnet sind und wobei in Wirkrichtung jedes Aktors während des Betriebs der Stranggusskokille entsprechende Kräfte auftreten,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zyklusdurchlauf durch den zumindest einen Regelkreis
  • ein Referenzdruck Pref als Führungsgröße und
  • eine mittlere Flächenpressung Pmed zwischen den Schmalseitenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung Pmed aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelt wird,
herangezogen werden und dass
  • ein Regler in Abhängigkeit von einer Regelabweichung Pdif = Pref - Pmed als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität Ks als Stellgröße des Regelkreises ermittelt und dass
  • über eine Regelstrecke mittels der Aktoren die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität Ks eingestellt wird.


[0056] Erfindungsgemäß kann jede der beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille von einem eigenen, unabhängigen Regelkreis positioniert werden, der nur die Aktoren der jeweiligen Schmalseitenplatte ansteuert. In diesem Fall hängt die Stellgröße des betreffenden Regelkreises von der Neigung der jeweiligen Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung ab und das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit zwei unabhängige Werte für die Schmalseitenkonizität - jeweils einen Wert für die erste und einen Wert für die zweite Schmalseitenplatte - der Stranggusskokille.

[0057] Alternativ kann jedoch auch ein gemeinsamer Regelkreis für beide Schmalseitenplatten verwendet werden, der dementsprechend die Aktoren beider Schmalseitenplatten ansteuert. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen gemeinsamen Wert für die Schmalseitenkonizität der Stranggusskokille, dessen Definition von den Neigungen beider Schmalseitenplatten in Bezug auf die Gießrichtung gleichermaßen abhängt.

[0058] Weiters kann der Regler des Regelkreises auch Filterungen enthalten, die entweder das Eingangssignal für eine im Regelkreis enthaltene Regelvorschrift aufbereiten oder das von der Regelvorschrift ermittelte Signal weiterverarbeiten, bevor es der Regelstrecke zugeleitet wird.

[0059] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein schnelles Reagieren auf wechselnde Prozessbedingungen, da die Erfassung der Schmalseitenkräfte, die von den Prozessbedingungen beeinflusst werden, im Gegensatz zu Verfahren, die auf Temperatur- oder Wärmestrommessungen beruhen, praktisch in Echtzeit erfolgt.

[0060] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert zudem auf einem empirischen Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften einerseits und den momentanen Gießparametern, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, dem Verhalten des Gießpulvers oder der Zusammensetzung der Metallschmelze andererseits, wobei dieser empirische Zusammenhang durch das Verhalten des Reglers modelliert wird. Daher erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine physikalische Modellierung der Auswirkungen der diversen Einflussgrößen, sondern beruht vielmehr auf der Messung der unmittelbaren Rückwirkung der Gießparameter in Form der Schmalseitenkräfte, sodass die Auswirkungen aller relevanter Gießparameter gleichermaßen und gleich schnell berücksichtigt werden.

[0061] So kann eine Abhebung der Strangschale von den Innenseiten der Schmalseitenplatten, hervorgerufen beispielsweise durch übermäßige Kühlung und damit einhergehender Strangschrumpfung, sofort detektiert werden, weil sich die für eine bestimmte Regelposition aufzubringenden Schmalseitenkräfte entsprechend verringern. Gleichermaßen kann eine Erhöhung der Schmalseitenkräfte, die eine Quetschung des Stranges bewirken würde und beispielsweise durch eine zu geringe Kühlleistung des Metallstranges hervorgerufen wird, unmittelbar ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird eine optimale Kraftverteilung der Aktoren und dementsprechend eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Schmalseitenplatten erreicht, ohne dass dabei die Reibungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Stranggusskokille unnötig erhöht werden.

[0062] Weiters gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Reproduzierbarkeit, da die Anpassung der Schmalseitenkonizität an die augenblicklichen Produktionsbedingungen keine Bedienereingriffe benötigt sondern nur von den voreingestellten Parametern des Reglers bzw. von im Regler allenfalls durchgeführten Filterungen abhängt.

[0063] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Referenzdruck Pref eine Funktion der Dichte der flüssigen Metallschmelze ρliq, einer Gießspiegelhöhe h und eines dimensionslosen Korrekturfaktors S.

[0064] Unter der Dichte ρliq der Metallschmelze ist die Materialdichte der flüssigen Schmelze zu verstehen, deren physikalische Einheit beispielsweise in kg/m3 angegeben wird. Der Referenzdruck Pref hängt von der Dichte der Metallschmelze ρliq und von der Gießspiegelhöhe h ab, die als Abstand des Gießspiegels zum austrittseitigen Ende der Kokille definiert ist und enthält zudem einen weiteren dimensionslosen Korrekturfaktor S, der vorgegeben werden kann.

[0065] Der Referenzdruck Pref ist ein Parameter des Regelverfahrens und kann bei Bedarf auch während des Gießverfahrens, beispielsweise durch einen Bediener oder durch ein weiteres Leitsystem, neu eingestellt werden, um die Charakteristik des Regelkreises zu ändern. Dadurch ist es möglich, eine Änderung der Gießspiegelhöhe h während des Gießverfahrens zu berücksichtigen oder flexibel auf Änderungen der Gießparameter, wie z.B. einen Wechsel bei der Zusammensetzung der Metallschmelze, des Gießpulvers oder bei der Wärmeabfuhr der Kokille, zu reagieren.

[0066] Eine Adaption des Referenzdrucks kann beispielsweise auf Erfahrungswerten anhand der erfassten Gießparameter basieren, wodurch eine einmal unter bestimmten Gießbedingungen ermittelte, vorteilhafte Fahrweise der Stranggusskokille reproduziert werden kann.

[0067] Der Referenzdruck Pref kann beispielsweise durch den Ausdruck

bestimmt werden, wobei g der Wert der Erdbeschleunigung und Pfer den ferrostatischen Druck der Metallschmelze im Inneren des gegossenen Metallstranges am austrittseitigen Ende der Stranggusskokille bezeichnen. Da aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten der ferrostatische Druck Pfer linear in Gießrichtung ansteigt, entspricht der über die Gießspiegelhöhe h gemittelte ferrostatische Druck, der als mittlere Flächenpressung Pmed bezeichnet wird, dem halben Wert des lokalen ferrostatischen Drucks Pfer am Fuß der Flüssigkeitssäule der Höhe h am austrittseitigen Ende der Kokille. Eine temperaturbedingte Änderung der Dichte ρliq kann hierbei unberücksichtigt bleiben, wenn die Eingießtemperatur der Metallschmelze nur wenige Grad über ihrer Erstarrungstemperatur liegt.

[0068] Der Korrekturfaktor S besitzt bevorzugt einen Wertebereich von 0.7 - 3 und berücksichtigt die Eigentragfähigkeit der sich bildenden Strangschale, die die Wirkung des nach außen gerichteten ferrostatischen Drucks Pfer der Metallschmelze abschwächt, weiters die Wirkung der Reibungskräfte zwischen den Schmalseitenplatten und den Breitseitenplatten, die den von den Aktoren der Schmalseitenplatten aufgebrachten Kräften entgegenwirken und diese entsprechend verringern sowie die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten, die aufgrund der Schmalseitenkonizität eine nach außen gerichtete Kraftkomponente in Breitenrichtung der Stranggusskokille aufweist und vom Wert der Schmalseitenkonizität abhängt. Zudem kann der Korrekturfaktor S von der gewählten Gießgeschwindigkeit v abhängen, weil insbesondere die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten eine Gleitreibung darstellt und daher die dabei auftretenden Reibungskräfte von der Relativgeschwindigkeit zwischen den beteiligten Flächen abhängt.

[0069] Bei Werten von S < 1 überwiegt die Eigentragfähigkeit der Strangschale die Reibungskräfte zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale und kommt beispielsweise bei einem Betriebsmodus zur Anwendung, bei den die Breitseitenplatten nur mit sehr geringer Klemmwirkung gegen die Schmalseitenplatten angestellt werden, was auch als Soft-Clamping bezeichnet wird.

[0070] Demgegenüber bedeuten Werte von S > 1, dass die Reibungskräfte zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale überwiegen und von den Aktoren der Schmalseitenplatten entsprechend kompensiert werden müssen.

[0071] Die Abhängigkeit des Korrekturfaktors S von der Gießgeschwindigkeit v kann beispielsweise durch ein Tabellenmodell beschrieben werden, das auf Erfahrungswerten beruht. Auch kann S von weiteren Faktoren, wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze oder des Gießpulvers abhängen, welche ebenfalls in einem empirisch erfassten Tabellenmodell abgebildet werden können.

[0072] Die obengenannte Definition des Referenzdrucks Pref bietet den Vorteil, dass sie eine einfach zu handhabende empirische Modellierung der Führungsgröße des erfindungsgemäßen Regelkreises darstellt, die neben dem Korrekturfaktor S nur von ohnehin bekannten Prozessparametern abhängt und die daher mittels des Korrekturfaktor S beispielsweise in Bezug auf neue Zusammensetzungen der Metallschmelze oder des Gießpulvers in einfacher Weise erweitert werden kann und keiner aufwändigen physikalischen Simulationen bedarf.

[0073] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die mittlere Flächenpressung Pmed durch den Ausdruck

bestimmt, wobei
F1,i
die von einem Messglied des Regelkreises erfasste, am Aktor i der ersten Schmalseitenplatte auftretende Kraft,
F2,j
die von einem Messglied des Regelkreises erfasste, am Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte auftretende Kraft,
N1
die Anzahl der Aktoren der ersten Schmalseitenplatte,
N2
die Anzahl der Aktoren der zweiten Schmalseitenplatte,
h
die Gießspiegelhöhe und
d
die Gießdicke
bezeichnen.

[0074] Die mittlere Flächenpressung Pmed stellt eine Mittelung über die Kräfte sämtlicher Aktoren der beiden Schmalseitenplatten dar, die die Aktoren auf die Schmalseitenplatten ausüben. Diese Kräfte können vorteilhafterweise sehr einfach und rasch mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden gemessen werden, wodurch der Regelkreis sehr rasch auf Regelabweichungen reagieren kann. Insbesondere ist ein viel rascheres Aussteuern von Regelabweichungen möglich, als dies bei temperatur- oder wärmestrombasierten Regelungen der Fall wäre, da Kraftmessungen innerhalb von Sekundenbruchteilen durchgeführt werden können.

[0075] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung einer gemeinsamen Schmalseitenkonizität für beide Schmalseitenplatten symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille unter Vorgabe der räumlichen Lage der Mittenlinie des Metallstranges in Bezug auf die Breitseitenplatten sowie eines Wertes für die Gießbreite b.

[0076] Es kann für jede der beiden Schmalseitenplatten mittels der in Breitenrichtung der Stranggusskokille wirkenden Aktoren, deren räumliche Anordnung bekannt ist, jeweils die Neigung der Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung sowie eine absolute räumliche Position vorgegeben werden, was - bezogen auf die gesamte Stranggusskokille - vier mechanische Freiheitsgrade darstellt.

[0077] Wenn die Lage der Mittenlinie des produzierten Metallstranges in Bezug auf die Breitseitenplatten durch entsprechende Positionierung der Schmalseitenplatten konstant gehalten wird, sodass der Metallstrang nicht in Breitenrichtung relativ zu den Breitseitenplatten driftet, so verringert dies die Zahl der Freiheitsgrade um eins. Eine zusätzliche Vorgabe eines Abstandes der Schmalseitenplatten zueinander - beispielsweise des Abstandes der gießaustrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten, welcher definitionsgemäß identisch zur Gießbreite b der Stranggusskokille ist - reduziert die Freiheitsgrade um einen weiteren. Wenn ferner auch die Neigungen der beiden Schmalseitenplatten symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung eingestellt werden, so stellt dies eine Einschränkung auf nur noch einen einzigen mechanischen Freiheitsgrad der Schmalseitenplatten dar, der durch einen entsprechend eindeutigen Wert für die Schmalseitenkonizität repräsentiert wird. Dadurch besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen einem Wert für die Schmalseitenkonizität Ks und den Positionswerten der einzelnen Aktoren sowohl der ersten als auch der zweiten Schmalseitenplatten, sodass aus einem Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität Ks entsprechende Positionswerte der Aktoren beider Schmalseitenplatten in eindeutiger Weise bestimmt werden können. Somit werden in diesem Fall die beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille nicht mehr unabhängig voneinander, sondern von einen einzigen Regelkreis positioniert.

[0078] In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Gießbreite b während der Ausführung des Regelverfahrens zu ändern oder aber konstant zu lassen sowie einen Startwert für die Sollpositionen der einzelnen Aktoren beim erstmaligen Durchlauf durch den Regelkreis anzugeben. Ein konstanter Wert der Gießbreite b während des Gießverfahrens ist insbesondere hinsichtlich der Qualität des gegossenen Metallstranges wünschenswert, da nachfolgend aufwendige Maßnahmen zur Einstellung der Breite des Metallstranges, wie z.B. Brennschneiden oder seitliches Stauchen, entfallen können.

[0079] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Regler des zumindest einen Regelkreises eine Regelvorschrift mit einer von der Regelabweichung abgeleiteten Eingangsgröße sowie einer Ausgangsgröße und es werden in jedem Zyklus des zumindest einen Regelkreises die Istpositionen {X1,i, X2,j} der Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte erfasst und daraus ein Istwert Is für die Schmalseitenkonizität Ks abgeleitet und diese durch Vorgabe von entsprechenden Sollpositionen {Y1,i, Y2,j} für die Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte in einer die Wirkung der Schmalseitenkonizität auf die mittlere Flächenpressung abbildenden Regelstrecke des zumindest einen Regelkreises nur dann neu eingestellt, wenn eine Differenz zum ermittelten Istwert besteht.

[0080] Die erfassten Istpositionen der Aktoren der Schmalseitenplatten stellen somit Eingangsgrößen und die ermittelten Sollpositionen für die Aktoren entsprechende Ausgangsgrößen des zumindest einen Regelkreises dar, die in jedem Durchlauf durch den zumindest einen Regelkreis jeweils neu ermittelt werden.

[0081] Stimmen daher der Istwert Is der Schmalseitenkonizität und die im aktuellen Zyklus des zumindest einen Regelkreises ermittelte Stellgröße, die identisch zum Sollwert der Schmalseitenkonizität Ks ist, überein, so kann eine Verstellung der Schmalseitenkonizität über die Regelstrecke unterbleiben. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn bei der Verstellung der Schmalseitenplatten üblicherweise auch eine Betätigung des Klemmmechanismus für die Breitseitenplatten erfolgen muss, die in diesem Fall unterbleiben kann. Ein derartiger Regelzyklus kann daher entsprechend schnell, d.h. innerhalb weniger Millisekunden oder schmeller, durchlaufen werden.

[0082] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lautet eine Regelvorschrift des Reglers

wobei
Pdif'
eine aus einer Regelabweichung Pdif des Regelkreises abgeleitete Größe,
Ks'
eine von der Regelvorschrift des Regelkreises ermittelte Größe zur Ermittlung der Stellgröße Ks und
k
ein Proportionalitätsfaktor mit einem Wertebereich von 0.001 bis 0.1, bevorzugt von 0.005 bis 0.02
sind.

[0083] Die Regelvorschrift beschreibt dabei das Verhalten des Regelkreises in Abhängigkeit von der Regelabweichung und dient zur Ermittlung der Ausgangsgröße; die Bedeutung und Rolle der Regelvorschrift sind dabei im Kontext eines klassischen Regelkreises zu verstehen und somit dem Fachmann hinreichend bekannt.

[0084] Durch diese Regelvorschrift können Regelabweichungen in sehr einfacher Weise parametriert werden: wenn der Proportionalitätsfaktor k einen Wert kleiner 1 besitzt, so bewirkt dies, dass die ermittelte Regelabweichung abgeschwächt in die Korrektur der Ausgangsgröße der Regelvorschrift einfließt, während bei Werten größer 1 die Regelabweichung verstärkt wird.

[0085] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine erste Filterung der Regelabweichung Pdif des Regelkreises mittels eines zeitbezogenen Filters ΦT gemäß

wobei
{Pdif}τ
eine Menge von über eine Zeitspanne τ zurückreichenden, gespeicherten Werten der Regelabweichung Pdif aus vorangegangenen Zyklen des Regelkreises und
Pdif'
eine vom zeitbezogenen Filter ΦT ermittelte Eingangsgröße für die Regelvorschrift des Regelkreises
sind.

[0086] Diese Filterung kann beispielsweise in einer einfachen Mittelwertbildung aller verwendeten Werte der Regelabweichung bestehen. Es ist aber auch denkbar, aktuellere Werte stärker zu gewichten als länger zurückliegende Werte. So werden beispielsweise bevorzugt über eine Zeitspanne t = 5-10 Sekunden die historischen Werte der Regelabweichung mit berücksichtigt.

[0087] Durch diese zeitliche Filterung der Regelabweichung werden hochfrequente Fluktuationen des Messsignals, die beispielsweise durch fehlerhafte Messungen hervorgerufen werden können, unterdrückt. Dies verhindert ein fehlerhaftes Verstellen der Schmalseitenplatten aufgrund falscher Messwerte oder aufgrund hochfrequenter Störeinflüsse und trägt zur Stabilisierung des Stranggussprozesses bei.

[0088] In dem Fall, dass eine Verstellung der Schmalseitenkonizität ausgelöst wird, kann diese rasch durchgeführt werden, da wegen der ersten Filterung, die große Schwankungen der Regelabweichung ausfiltert, zumeist nur kleine Änderungen der Stellgröße durchzuführen sind. So verursacht beispielsweise eine Änderung von 0.1% der Schmalseitenkonizität bei einer Gießbreite von 2000mm bei einer üblichen Stranggusskokille, deren Gießspiegelhöhe typischerweise kleiner als 1000mm ist, lediglich eine Verstellung von weniger als 2mm im Bereich der eingießseitigen Aktoren. Der gesamte Vorgang einer derartigen Verstellung, umfassend das Lösen der Klemmung der Breitseitenplatten, das Verfahren der Schmalseitenplatten mittels der Aktoren und das erneute Klemmen der Breitseitenplatten, kann daher üblicherweise innerhalb einer Sekunde oder noch rascher durchgeführt werden, sodass eine sehr schneller Regelvorgang gegeben ist.

[0089] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine zweite Filterung der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift mittels eines Sättigungsfilters ΦS gemäß

wobei
Ks"
eine mittels des Sättigungsfilter ΦS abgeleiteter Wert zur Ermittlung der Stellgröße Ks,
Ks,min
ein unterer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität Ks und
Ks,max
ein oberer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität Ks
sind.

[0090] Durch den Sättigungsfilter ΦS wird sichergestellt, dass die vom Regelkreis geregelte Schmalseitenkonizität Ks innerhalb des durch die Grenzwerte Ks,min und Ks,max festgelegten erlaubten Bereiches, z.B. innerhalb von 1.1 bis 1.2, verbleibt. Dabei sind die Grenzwerte Ks,min und Ks,max Parameter des Regelverfahrens, die üblicherweise fest voreingestellt sind, die aber auch während des Gießvorganges geändert werden können. So können die Grenzwerte Ks,min und Ks,max beispielsweise beim Wechsel zwischen zwei Metallchargen durch einen Bediener oder durch ein Leitsystem umgestellt werden, wenn eine geänderte Zusammensetzung der Metallschmelze dies erfordert.

[0091] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmalseitenkonizität Ks durch eine dritte Filterung eines aus der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift abgeleiteten Wertes Ks" mittels eines Hysteresefilters ΦH gemäß

ermittelt, wobei | | die Bildung des numerischen Absolutwerts und λ den Schwellwert des Hysteresefilters bezeichnen und der abgeleitete Wert Ks" einer der dritten Filterung vorangegangenen signaltechnischen Behandlung der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift entspricht.

[0092] Entsprechend einem Zweipunktregler wird die Stellgröße des Regelkreises nur dann verändert, wenn sich der im aktuellen Zyklus des Regelkreises ermittelte Wert Ks vom momentanen Istwert Is der Schmalseitenkonizität betragsmäßig um mindestens den Wert λ unterscheidet. Dies bewirkt, dass ein Verstellen der Aktoren der Schmalseitenplatten nur dann durchgeführt wird, wenn sich der neu errechnete Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität vom bestehenden Wert z.B. um mehr als 0.05 unterscheidet, sodass beispielsweise bei lediglich geringfügigen Schwankungen der Produktionsbedingungen, die auf die Qualität des produzierten Metallstranges keine Auswirkung haben, die Schmalseitenplatten nicht unnötig verstellt und insbesondere die Klemmung der Breitseitenplatten nicht gelöst werden muss, was zu einer gleichbleibenden Stabilität des Stranggussprozesses und zur Schnelligkeit des Regelverfahrens beiträgt.

[0093] Ferner betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität Ks einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges, insbesondere zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren, wobei die Stranggusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte umfasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Aktoren zum Positionieren der jeweiligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der der Stranggusskokille angeordnet sind und wobei die Vorrichtung eine Regeleinheit und Einrichtungen zur Erfassung der während des Betriebs der Stranggusskokille in Wirkrichtung jedes Aktors auftretenden Kräfte verfügt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regeleinheit für einen Regelkreis eingerichtet ist, wobei der Regelkreis
  • einen Referenzdruck Pref als Führungsgröße,
  • eine mittlere Flächenpressung Pmed zwischen den Schmalseitenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung Pmed aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelbar ist,
  • einen Regler, durch den in Abhängigkeit von einer Regelabweichung Pdif = Pref - Pmed als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität Ks als Stellgröße des Regelkreises ermittelbar ist, und
  • eine Regelstrecke, über die mittels der Aktoren die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität Ks einstellbar ist,
aufweist.

[0094] Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille korrespondieren im Wesentlichen mit denen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0095] In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der Aktoren ein hydraulisch bewegter Aktor.

[0096] Derartige Aktoren können sehr rasch verfahren werden, da kein Getriebe benötigt wird und sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.

[0097] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der hydraulisch bewegten Aktoren ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder.

[0098] Doppeltwirkende Hydraulikzylinder bieten den Vorteil, dass die vom jeweiligen Aktor aufgebrachte Kraft sehr einfach durch zwei Drucksensoren pro Aktor bestimmt werden kann, da die Kraft durch den Differenzdruck zwischen den beiden Kammern und die Querschnittsfläche des Kolbens des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders bestimmt ist. Daher ist auch eine Nachrüstung einer bestehenden Stranggusskokille, die bereits über derartige Hydraulikzylinder zur Verstellung der Schmalseitenplatten verfügt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, da lediglich Sensoren zur Erfassung der entsprechenden Drücke sowie der Verfahrpositionen der entsprechenden Aktoren installiert werden müssen.

[0099] In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt zumindest einer der Aktoren einen elektrischen Drehantrieb.

[0100] Derartige Aktoren erlauben eine einfache Ermittlung der Aktorposition anhand der Stellung der Antriebsachse des elektrisch betriebenen Motors oder einer Achse des Getriebes, das üblicherweise zwischen dem Motor und dem linear bewegten Angriffspunkt des betreffenden Aktors zum Einsatz kommt. Die an den Angriffspunkten der Aktoren auftreten Kräfte können z.B. über Dehnungsmessstreifen erfasst werden.

[0101] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der elektrisch angetriebenen Aktoren ein Linearmotor.

[0102] Linearmotoren benötigen kein Getriebe und weisen daher kein mechanisches Spiel auf. Weiters bieten sie den Vorteil, dass aus der Kraft-Geschwindigkeitskennlinie bzw. aus der Kraft-Strom-Kennlinie die auftretende Kraft ohne weitere Kraftsensoren direkt bestimmt werden kann.

[0103] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen
FIG 1a
eine perspektivische Darstellung einer Stranggusskokille,
FIG 1b
einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Breitenrichtung,
FIG 1c
einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Dickenrichtung,
FIG 2
schematisch die in Breitenrichtung der Kokille auftretenden Kräfte,
FIG 3
den Signalfluss einer Schmalseitenplatte eines erfindungsgemäßen Regelkreises und
FIG 4
den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Regelkreises einer Schmalseitenplatte mit zwei Aktoren.


[0104] FIG 1a zeigt in Schrägansicht die Anordnung der Breitseitenplatten 2, 2' sowie der ersten und der zweiten Schmalseitenplatte 4 und 4' einer Stranggusskokille 1, wobei die beiden Schmalseitenplatten 4, 4' entlang der Innenflächen der Breitseitenplatten 2, 2' verschiebbar angeordnet sind. Die Backupplatten der einzelnen Kokillenplatten und die Aktoren für die Verstellung der Schmalseitenplatten sind in dieser Ansicht nicht dargestellt.

[0105] Weiters sind in FIG 1a die Richtungsvektoren der Dickenrichtung D, der Breitenrichtung B und der Gießrichtung G in ihrer räumlichen Lage in Bezug auf die Stranggusskokille 1 dargestellt, wobei die Vektoren D, B und G ein orthogonales, rechtshändiges Koordinatensystem bilden.

[0106] Am eingießseitigen Ende 3 wird flüssige Metallschmelze unter Beigabe von Gießpulver in den Innenraum der Stranggusskokille 1 eingebracht, wo die Metallschmelze in Gießrichtung G weitertransportiert und am austrittseitigen Ende 3' in Form eines teilerstarrten Metallstranges 5 aus der Kokille 1 ausgezogen wird. Der Metallstrang 5 weist dabei bezogen auf die Normalebene zur Gießrichtung G einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen kurze Seite in Dickenrichtung D und dessen lange Seite in Breitenrichtung B orientiert ist.

[0107] FIG 1b zeigt einen Schnitt durch die Stranggusskokille 1 aus FIG 1a normal zur Breitenrichtung B, worin die relativ zur Gießrichtung G geneigten Breitseitenplatten 2, 2' mit den daran befestigten Backupplatten 7, 7' sowie die Trapezform der zweiten Schmalseitenplatte 4' erkennbar sind.

[0108] Der Abstand f der Innenflächen der Breitseitenplatten 2, 2' am eingießseitigen Ende 3 ist größer als der entsprechende Abstand d am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei d auch als Gießdicke bezeichnet wird, da der gegossene Metallstrang 5 (in FIG 1b nicht dargestellt) mit dieser Dicke aus dem von der Stranggusskokille 1 umschlossenen Innenraum austritt.

[0109] In FIG 1c ist ein Schnitt durch die Stranggusskokille 1 aus FIG 1a normal zur Dickenrichtung D dargestellt. Erkennbar sind die relativ zur Gießrichtung G geneigten Schmalseitenplatten 4, 4' mit den daran befestigten Backupplatten 6, 6', zudem ist die rechteckige Form der Breitseitenplatte 2 erkennbar, entlang deren Innenseite die Schmalseitenplatten 4, 4' verschiebbar sind.

[0110] Der Abstand e der Innenflächen der Schmalseitenplatten 4, 4' am eingießseitigen Ende 3 ist wiederum größer als der entsprechende Abstand b am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei b als Gießbreite bezeichnet wird.

[0111] An den Außenseiten der Schmalseitenplatten 4, 4' greift jeweils ein oberer Aktor A1,1 bzw. A2,1 nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 und jeweils ein unterer Aktor A1,2 bzw. A2,2 nahe dem austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 an. Mittels der in Breitenrichtung B wirkenden Aktoren A1,1 bzw. A1,2 kann die ersten Schmalseitenplatte 4 hinsichtlich ihrer Neigung zur Gießrichtung G und ihrer Position in Breitenrichtung B verfahren bzw. in einer bestimmten Position gehalten werden, wobei am oberen Aktor A1,2 die Kraft F1,1 und am unteren Aktor A1,2 die Kraft F1,2 entlang der Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt. Dementsprechend werden mittels der Aktoren A2,1 bzw. A2,2 die Neigung und die Position der zweiten Schmalseitenplatte 4' eingestellt bzw. beibehalten, wobei am oberen Aktor A2,1 die Kraft F2,1 und am unteren Aktor A2,2 die Kraft F2,2 in Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt.

[0112] Mit den oben genannten Definitionen und den in FIG 1b und FIG 1c dargestellten Abständen errechnet sich die Breitseitenkonizität Kb sowie die Schmalseitenkonizität Ks als dimensionslose Größe, jeweils in Prozent, im gegenständlichen Beispiel zu





[0113] Es sind jedoch auch andere Berechnungsvorschriften für die Konizitäten denkbar, beispielsweise kann die Schmalseitenkonizität Ks auch auf die Kokillenhöhe H bezogen werden.

[0114] FIG 2 zeigt einen Schnitt normal zur Dickenrichtung D durch eine Stranggusskokille 1, deren erste und zweite Schmalseitenplatte 4 und 4' mit jeweils zwei Aktoren (A1,1, A1,2) bzw. (A2,1, A2,2) verfahren werden, wobei jedoch die Neigung der Schmalseitenplatten 4 und 4' nicht dargestellt ist. Entlang der Innenfläche der ersten Schmalseitenplatte 4 ist der in Gießrichtung G linear ansteigende Verlauf des ferrostatischen Drucks Pfer der Metallschmelze 10 schematisch dargestellt, während entlang der Innenfläche der zweiten Schmalseitenplatte 4' die in Gießrichtung G anwachsende Strangschale 13 erkennbar ist. Weiters bezeichnet die Mittenlinie M die Symmetrielinie des Metallstranges 5 in Bezug auf die Breitenrichtung B der Stranggusskokille 1.

[0115] Nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 wird die Oberfläche der eingegossenen Metallschmelze 10 auch als Gießspiegel 12 bezeichnet, der sich in einem Abstand h - der sogenannten Gießspiegelhöhe - über dem austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 befindet. Am austrittseitigen Ende 3' wird der teilerstarrte Metallstrang 5 aus der Stranggusskokille 1 ausgezogen, wobei die bereits gebildete Strangschale 13 in Breitenrichtung B durch seitliche Strangführungsrollen 14 und 14' gestützt wird.

[0116] Mit F1,1 und F2,1 sind wie in FIG 1c die Kräfte der oberen Aktoren A1,1 und A2,1 (in FIG 2 nicht dargestellt) bezeichnet, die nahe dem eingießseitigen Ende 3 auf die jeweilige Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' übertragen werden. Entsprechend symbolisieren F1,2 bzw. F2,2 die Kräfte der austrittseitigen Aktoren A1,2 bzw. A2,2.

[0117] In FIG 3 ist in einem Schnitt normal zur Dickenrichtung D eine Hälfte einer erfindungsgemäßen Stranggusskokille 1 bis zur Mittellinie M sowie die steuerungstechnische Anbindung an eine Regeleinheit 8 dargestellt, wobei die erste Schmalseitenplatte 4 mit Hilfe von zwei Aktoren A1,1 und A1,2 bewegt werden kann. Die andere Hälfte der Stranggusskokille 1, die die zweite Schmalseitenplatte 4' sowie entsprechende Aktoren A2,1 und A2,2 umfasst, ist sinngemäß entsprechend der dargestellten ersten Hälfte an die Regeleinheit 8 angebunden, jedoch in FIG 3 nicht dargestellt. Zudem sind im konkreten Beispiel die Aktoren A1,1 und A1,2 als doppeltwirkende Hydraulikzylinder ausgeführt.

[0118] Die flüssige Metallschmelze 10, die während des Stranggießens nahe dem oberen, eingießseitigen Ende 3 in die Stranggusskokille 1 eingebracht wird, bildet mit ihrer Oberfläche den Gießspiegel 12 in einem Abstand entsprechend der Gießspiegelhöhe h über dem unteren, austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 aus. In Gießrichtung G unterhalb der ersten Schmalseitenplatte 4 wird die erstarrte Strangschale 13 von seitlichen Strangführungsrollen 14 gestützt.

[0119] Der Aktor A1,1 greift nahe dem oberen, gießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 an der ersten Schmalseitenplatte 4 an und kann diese an diesem Angriffspunkt in Breitenrichtung B verschieben; analog dazu kann die erste Schmalseitenplatte 4 vom Aktor A1,2, der in der Nähe des unteren, austrittseitigen Endes 3' an der ersten Schmalseitenplatte 4 angreift, ebenfalls in Breitenrichtung B bewegt werden.

[0120] Zur Erfassung der augenblicklichen Lage der ersten Schmalseitenplatte 4 werden von den Aktoren A1,1 und A1,2 die jeweiligen Positionswerte X1,1 und X1,2 an die Regeleinheit 8 übermittelt, die von entsprechenden Positionssensoren 16 des jeweiligen Aktors ermittelt werden. Zudem werden die Drücke der beiden Kammern jedes doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mittels entsprechender Drucksensoren 11 erfasst und an die Regeleinheit 8 übermittelt. Aus der Differenz dieser Drücke lassen sich die Kräfte F1,1 und F1,2, mit denen die Aktoren A1,1 und A1,2 auf die erste Schmalseitenplatte 4 einwirken, ermitteln. Weiters werden die Aktoren A1,1 und A1,2 von hydraulischen Antriebseinheiten 9 mit entsprechen Mengen an Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, sodass die Kolben der Aktoren entsprechend den von der Regeleinheit 8 ermittelten Sollpositionen Y1,1 und Y1,2 bewegt werden. Die hydraulischen Antriebseinheiten 9 können beispielsweise Hydraulikpumpen oder Hydraulikventile sein, die das jeweils benötigte Volumen an Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stellen. Für die in FIG 3 nicht dargestellte zweite Schmalseitenplatte 4' gelten die Ausführungen sinngemäß in Bezug auf die Istpositionen X2,1 und X2,2 und die Kräfte F2,1 und F2,2 der Aktoren A2,1 und A2,2 sowie für die von der Regeleinheit 8 vorgegebenen Sollpositionen Y2,1 und Y2,2.

[0121] FIG 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises 15 zur Einstellung der Schmalseitenkonizität Ks entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der Regelkreis 15 neben der eigentlichen Regelvorschrift 25 eine erste, zeitliche Filterung 22 der Regelabweichung Pdif, sowie eine zweite Filterung 23 in Bezug auf die zulässigen Maximalwerte und eine dritte Filterung 24 hinsichtlich eines erwünschten Hystereseverhaltens von Ks umfasst.

[0122] Ein Zyklus des Regelkreises 15 läuft für eine Stranggusskokille 1, umfassend eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte 4 und 4', folgendermaßen ab:
  • Die von den Aktoren A1,i an die erste Schmalseitenplatte 4 übertragenen Kräfte F1,i und die von den Aktoren A2,j an die zweite Schmalseitenplatte 4' übertragenen Kräfte F2,j werden in einem Messglied 26 erfasst, woraus zusammen mit den Werten der Gießspiegelhöhe h und der Gießdicke d die Regelgröße des Regelkreises 15 in Form einer mittlere Flächenpressung Pmed (mit Druck als physikalischer Einheit) ermittelt wird. Die Indizes i bzw. j umfassen dabei den Wertebereich {1, ... N1} bzw. {1, ... N2}, wobei N1 bzw. N2 die Anzahl der Aktoren an der ersten bzw. zweiten Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' bezeichnen.
  • Als Führungsgröße des Regelkreises 15 wird ein Referenzdruck Pref aus der Dichte der flüssigen Metallschmelze ρliq, der Gießspiegelhöhe h und einem dimensionslosen Korrekturfaktor S herangezogen. Dabei können die Werte von h, ρliq und S für jede gegossenen Charge entweder fest vorgegeben werden oder auch während des Gießvorganges geändert werden. Insbesondere kann die aktuelle Gießspiegelhöhe h messtechnisch erfasst und der erhaltene Momentanwert dem Regelkreis 15 übermittelt werden.
  • Es wird der aktuelle Wert der Regelabweichung Pdif des Regelkreises 15 gemäß

    bestimmt und in einer Regeleinheit 8 (in FIG 4 nicht dargestellt) gespeichert und dem Regler 21 des Regelkreises 15 zugeleitet, wobei der Regler 21 neben der eigentlichen Regelvorschrift 25 im vorliegenden Beispiel eine erste, zweite und dritte Filterung 22, 23 und 24 beinhaltet.
  • Im nächsten Schritt wird aus dem aktuellen Wert von Pdif zusammen mit gespeicherten Werten der Regelabweichung aus früheren Durchläufen durch den Regelkreis 15 mittels einer ersten Filterung 22, die einen zeitbezogenen Filter ΦT verwendet, der eine zurückliegende Zeitspanne τ umspannt, ein gefilterter Wert Pdif' aus der Regelabweichung bestimmt, wobei der Filter ΦT dazu dient, kurzzeitige Abweichungen und hochfrequente Störeinflüsse auszufiltern und so einen zeitlich geglätteten Wert der Regelabweichung zu ermitteln.
  • In der Regelvorschrift 25 des Regelkreises werden die Istwerte der Positionen X1,i der Aktoren A1,i der ersten Schmalseitenplatte 4 und die Istwerte der Positionen X2,j der Aktoren A2,j der zweiten Schmalseitenplatte 4' mit Hilfe von Positionssensoren 16 (in FIG 4 nicht dargestellt) erfasst und daraus entsprechend den geometrischen Verhältnissen der Stranggusskokille 1 ein Istwert Is für die Schmalseitenkonizität der Stranggusskokille 1 bestimmt. Aus dem Istwert Is und aus dem zeitlich gefilterten Wert Pdif' wird eine Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift 25 derart bestimmt, dass über die Wirkung der Aktoren A1,i bzw. A2,j in der Regelstrecke 20 der Regelabweichung Pdif entgegengewirkt wird.
  • Anschließend wird in einer zweiten Filterung 23 mittels eines Sättigungsfilters ΦS, der die erlaubte Untergrenze Ks,min bzw. Obergrenze Ks,max als Parameter für die Schmalseitenkonizität Ks beinhaltet, aus der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift 25 ein abgeleiteter Wert Ks" bestimmt. Dadurch wird verhindert, dass die Schmalseitenkonizität Ks die vorgegebenen Grenzwerte bei großer oder permanent andauernder Regelabweichung Pdif über- oder unterschreitet, was insbesondere bei einer Proportionalregelung in der Regelvorschrift 25 bewirkt würde.
  • Danach wird in einer dritten Filterung 24 mittels eines Hysteresefilters ΦH aus dem abgeleiteten Wert Ks" der neu einzustellende Wert für die Schmalseitenkonizität Ks bestimmt, der gleichzeitig die Stellgröße des Regelkreises 15 darstellt. Der Hysteresefilter ΦH beinhaltet dabei einen Parameter λ, der den Schwellwert des Hysteresefilters beschreibt. Dieser Parameter legt die minimale Differenz zwischen der Stellgröße Ks und dem zugehörigen Istwert Is fest, ab der eine Verstellung der Schmalseitenplatten 4 bzw. 4' tatsächlich durchgeführt wird. Differenzen unterhalb des Schwellwertes λ werden vom Hysteresefilter ΦH unterdrückt, indem die Stellgröße Ks dem Istwert Is gleichgesetzt wird.
  • In der Regelstrecke 20 des Regelkreises 15 werden aus dem neuen Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität Ks und aus der Gießbreite b die entsprechenden Sollpositionen Y1,i bzw. Y2,j der Aktoren A1,i bzw. A2,j der ersten bzw. zweiten Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' ermittelt und eine Verstellung der Schmalseitenplatten durch entsprechende Anstellung der Aktoren veranlasst, wobei die Verstellung nur dann durchgeführt wird, wenn sich die Stellgröße Ks und der zugehörige Istwert Is unterscheiden.

Bezugszeichenliste



[0123] 
1
Stranggusskokille
2, 2'
Breitseitenplatte
3
eingießseitiges Ende
3'
austrittseitiges Ende
4
erste Schmalseitenplatte
4'
zweite Schmalseitenplatte
5
Metallstrang
6, 6'
Backupplatte Schmalseite
7, 7'
Backupplatte Breitseite
8
Regeleinheit
9
hydraulische Antriebseinheit
10
Metallschmelze
11
Drucksensor, Einrichtung zur Krafterfassung
12
Gießspiegel
13
Strangschale
14, 14'
Strangführungsrollen
15
Regelkreis
16
Positionssensor
20
Regelstrecke
21
Regler
22
erste Filterung
23
zweite Filterung
24
dritte Filterung
25
Regelvorschrift
26
Messglied
A1,i
Aktor i der ersten Schmalseitenplatte
A2,j
Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte
A1,1
eingießseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplatte
A1,2
austrittseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplatte
A2,1
eingießseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplatte
A2,2
austrittseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplatte
b
Gießbreite
B
Breitenrichtung
d
Gießdicke
D
Dickenrichtung
e
eingießseitiger Abstand der Schmalseitenplatten
f
eingießseitiger Abstand der Breitseitenplatten
F1,i
Kraft an Aktor i der ersten Schmalseitenplatte
F2,j
Kraft an Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte
F1,1
Kraft am eingießseitigen Aktor der ersten Schmalseitenplatte
F1,2
Kraft am austrittseitigen Aktor der ersten Schmalseitenplatte
F2,1
Kraft am eingießseitigen Aktor der zweiten Schmalseitenplatte
F2,2
Kraft am austrittseitigen Aktor der zweiten Schmalseitenplatte
ΦH
Hysteresefilter
ΦS
Sättigungsfilter
ΦT
zeitbezogener Filter
G
Gießrichtung
h
Gießspiegelhöhe
H
Kokillenhöhe
i
Index bezüglich erster Schmalseitenplatte
Is
Istwert der Schmalseitenkonizität
j
Index bezüglich zweiter Schmalseitenplatte
Ks
Schmalseitenkonizität, Stellgröße
Ks'
Ausgangsgröße der Regelvorschrift
Ks"
abgeleiteter Wert
Ks,min
unterer Grenzwert für Schmalseitenkonizität
Ks,max
oberer Grenzwert für Schmalseitenkonizität
λ
Schwellwert
M
Mittenlinie
N1
Anzahl der Aktoren der ersten Schmalseitenplatte
N2
Anzahl der Aktoren der zweiten Schmalseitenplatte
Pdif
Regelabweichung
Pdif'
gefilterter Wert der Regelabweichung, Eingangsgröße der Regelvorschrift
Pmed
mittlere Flächenpressung, Regelgröße
Pref
Referenzdruck, Führungsgröße
ρliq
Dichte der flüssigen Metallschmelze
S
dimensionsloser Korrekturfaktor
τ
Zeitspanne
X1,i
Istposition des Aktors i der ersten Schmalseitenplatte
X2,j
Istposition des Aktors j der zweiten Schmalseitenplatte
X1,1
Istposition des eingießseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte
X1,2
Istposition des austrittseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte
X2,1
Istposition des eingießseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte
X2,2
Istposition des austrittseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte
Y1,i
Sollposition des Aktors i der ersten Schmalseitenplatte
Y2,j
Sollposition des Aktors j der zweiten Schmalseitenplatte
Y1,1
Sollposition des eingießseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte
Y1,2
Sollposition des austrittseitigen Aktors der ersten Schmalseitenplatte
Y2,1
Sollposition des eingießseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte
Y2,2
Sollposition des austrittseitigen Aktors der zweiten Schmalseitenplatte



Ansprüche

1. Verfahren zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität (Ks) einer Stranggusskokille (1) für die Produktion eines Metallstranges (5) mit Hilfe zumindest eines Regelkreises (15), die Stranggusskokille (1) umfassend eine erste Schmalseitenplatte (4) und eine zweite Schmalseitenplatte (4'),

- wobei an der ersten Schmalseitenplatte (4) eine Mehrzahl (N1) positionsgeregelter Aktoren (A1,i) mit i∈{1,...,N1} zum Positionieren der ersten Schmalseitenplatte (4) und an der zweiten Schmalseitenplatte (4') eine Mehrzahl (N2) positionsgeregelter Aktoren (A2,j) mit j∈{1,...,N2} zum Positionieren der zweiten Schmalseitenplatte (4') in jeweils unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende (3) der Stranggusskokille (1) angeordnet sind, und

- wobei in Wirkrichtung jedes Aktors (A1,i, A2,j) während des Betriebs der Stranggusskokille (1) entsprechende Kräfte (F1,i, F2,j) mit 1∈{1,...,N1} und j∈{1,...,N2} auftreten,

dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zyklusdurchlauf durch den zumindest einen Regelkreis (15)

- ein Referenzdruck (Pref) als Führungsgröße und

- eine mittlere Flächenpressung (Pmed) zwischen den Schmalseitenplatten (4, 4') und dem Metallstrang (5) als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung (Pmed) aus den Kräften (F1,i, F2,j) ermittelt wird,

herangezogen werden und dass

- ein Regler (21) in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Pdif) = (Pref) - (Pmed) als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität (Ks) als Stellgröße des Regelkreises (15) ermittelt und dass

- über eine Regelstrecke (20) mittels der Aktoren (A1,i, A2,j) die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') entsprechend der Schmalseitenkonizität (Ks) eingestellt wird.


 
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Referenzdruck (Pref) eine Funktion der Dichte (ρliq) der flüssigen Metallschmelze (10), einer Gießspiegelhöhe (h) und eines dimensionslosen Korrekturfaktors (S) ist.
 
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mittlere Flächenpressung (Pmed) durch den Ausdruck

mit einer Gießspiegelhöhe (h) und einer Gießdicke (d) der Stranggusskokille (1) bestimmt ist.
 
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung einer gemeinsamen Schmalseitenkonizität (Ks) für die erste und die zweite Schmalseitenplatte (4, 4') symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung (G) der Stranggusskokille (1) unter Vorgabe der räumlichen Lage der Mittenlinie (M) des Metallstranges (5) in Bezug auf die Breitseitenplatten (2, 2') sowie der Gießbreite (b) erfolgt.
 
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Regler (21) eine Regelvorschrift (25) mit einer von der Regelabweichung (Pdif) abgeleiteten Eingangsgröße (Pdif') und einer Ausgangsgröße (Ks') umfasst und wobei

- in jedem Zyklus des Regelkreises (15) die Istpositionen (X1,i, X2,j) der Aktoren (A1,i, A2,j) zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') erfasst werden,

- daraus ein Istwert (Is) der Schmalseitenkonizität (Ks) abgeleitet wird und

- in einer Regelstrecke (20) des Regelkreises (15), die die Wirkung der Schmalseitenkonizität (Ks) auf die mittlere Flächenpressung (Pmed) abbildet, die Schmalseitenkonizität (Ks) durch Vorgabe von entsprechenden Sollpositionen (Y1,i, Y2,j) für die Aktoren (A1,i, A2,j) zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') nur dann neu eingestellt wird, wenn eine Differenz zum ermittelten Istwert (Is) besteht.


 
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Regelvorschrift (25) Ks' = Is - k · Pdif' lautet, wobei k ein Proportionalitätsfaktor mit einem Wertebereich von 0.001 bis 0.1 ist.
 
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem aus der Regelabweichung (Pdif) durch eine erste Filterung (22) mittels eines zeitbezogenen Filters (ΦT) die Eingangsgröße (Pdif') der Regelvorschrift (25) gemäß

bestimmt wird, wobei {Pdif}τ eine Menge aus über eine Zeitspanne τ zurückreichenden, gespeicherten Werten der Regelabweichung (Pdif) aus vorangegangenen Zyklen des Regelkreises (15) ist.
 
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem aus der Ausgangsgröße (Ks') der Regelvorschrift (25) durch eine zweite Filterung (23) mittels eines Sättigungsfilters (ΦS) ein abgeleiteter Wert (Ks") gemäß

bestimmt wird, wobei Ks,min ein unterer Grenzwert und Ks,max ein oberer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität (Ks) sind.
 
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem durch eine dritte Filterung (24) eines aus der Ausgangsgröße (Ks') der Regelvorschrift (25) abgeleiteten Wertes (Ks") mittels eines Hysteresefilters (ΦH) die Schmalseitenkonizität (Ks) gemäß

bestimmt wird, wobei | | die Bildung des numerischen Absolutwertes und λ den Schwellwert des Hysteresefilters (ΦH) bezeichnen.
 
10. Vorrichtung zur Einstellung zumindest einer Schmalseitenkonizität (Ks) einer Stranggusskokille (1) für die Produktion eines Metallstranges (5), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, wobei die Stranggusskokille (1) eine erste Schmalseitenplatte (4) und eine zweite Schmalseitenplatte (4') umfasst,

- wobei an der ersten Schmalseitenplatte (4) eine Mehrzahl (N1) positionsgeregelter Aktoren (A1,i) mit i∈{1,...,N1} zum Positionieren der ersten Schmalseitenplatte (4) und an der zweiten Schmalseitenplatte (4') eine Mehrzahl (N2) positionsgeregelter Aktoren (A2,j) mit j∈{1,...,N2} zum Positionieren der zweiten Schmalseitenplatte (4') in jeweils unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende (3) der Stranggusskokille (1) angeordnet sind, und

- wobei die Vorrichtung über eine Regeleinheit (8) und Einrichtungen (11) zur Erfassung der während des Betriebs der Stranggusskokille (1) in Wirkrichtung der jeweiligen Aktoren (A1,i, A2,j) auftretenden Kräfte (F1,i, F2,j) mit i∈{1,...,N1} und j∈{1,...,N2} verfügt,

dadurch gekennzeichnet, dass
die Regeleinheit (8) für zumindest einen Regelkreis (15) eingerichtet ist, wobei der Regelkreis (15)

- einen Referenzdruck (Pref) als Führungsgröße,

- eine mittlere Flächenpressung (Pmed) zwischen den Schmalseitenplatten (4, 4') und dem Metallstrang (5) als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung (Pmed) aus den Kräften (F1,i, F2,j) ermittelbar ist,

- einen Regler (21), durch den in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Pdif) = (Pref) - (Pmed) als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität (Ks) als Stellgröße des Regelkreises (15) ermittelbar ist, und

- eine Regelstrecke (20), über die mittels der Aktoren (A1,i, A2,j) die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte (4, 4') entsprechend der Schmalseitenkonizität (Ks) einstellbar ist,

aufweist.
 
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der zumindest einer der Aktoren (A1,i, A2,j) ein hydraulisch bewegter Aktor ist.
 
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der zumindest einer der hydraulisch bewegten Aktoren (A1,i, A2,j) ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder ist.
 
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der zumindest einer der Aktoren (A1,i, A2,j) einen elektrischen Drehantrieb besitzt.
 
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei zumindest einer der elektrisch angetriebenen Aktoren (A1,i, A2,j) ein Linearmotor ist.
 


Claims

1. Method for setting a narrow-side conicity (Ks) of a continuous casting mould (1) for the production of a metal strand (5) with the aid of at least one closed-loop control circuit (15), the continuous casting mould (1) comprising a first narrow-side plate (4) and a second narrow-side plate (4'),

- wherein a plurality (N1) of positionally controlled actuators (A1,i), with i∈{1,...,N1}, for positioning the first narrow-side plate (4) are arranged on the first narrow-side plate (4) and a plurality (N2) of positionally controlled actuators (A2,j), with j∈{1,...,N2}, for positioning the second narrow-side plate (4') are arranged on the second narrow-side plate (4'), in each case at a different distance from the charging-side end (3) of the continuous casting mould (1), and

- wherein, during the operation of the continuous casting mould (1), corresponding forces (F1,i, F2,j), with i∈{1,...,N1} and j∈{1,...,N2}, occur in the effective direction of each actuator (A1,i, A2,j),

characterized in that, the cycle through the at least one closed-loop control circuit (15) uses

- a reference pressure (Pref) as a reference variable and

- an average surface pressure (Pmed) between the narrow side plates (4, 4') and the metal strand (5) as a controlled variable, wherein the average surface pressure (Pmed) is determined from the forces (F1,i, F2,j),

and in that

- a controller (21) determines the narrow-side conicity (Ks) as a manipulated variable of the closed-loop control circuit (15) in dependence on a system deviation (Pdif) = (Pref) - (Pmed) as an input variable and in that

- a controlled system (20) is used to set the position of the first and/or the second narrow-side plate (4, 4') in a way corresponding to the narrow-side conicity (Ks) by means of the actuators (A1,i, A2,j) .


 
2. Method according to Claim 1, in which the reference pressure (Pref) is a function of the density (ρliq) of the liquid molten metal (10), a casting level height (h) and a dimensionless correction factor (S).
 
3. Method according to one of the preceding claims, in which the average surface pressure (Pmed) is determined by the expression

with a casting level height (h) and a casting thickness (d) of the continuous casting mould (1).
 
4. Method according to one of the preceding claims, in which the setting of a common narrow-side conicity (Ks) for the first and second narrow-side plates (4, 4') is performed symmetrically with respect to the casting direction (G) of the continuous casting mould (1), with the spatial position of the centre line (M) of the metal strand (5) being preset with respect to the wide-side plates (2, 2') and also the casting width (b).
 
5. Method according to one of the preceding claims, in which the controller (21) comprises a control specification (25) with an input variable (Pdif'), derived from the system deviation (Pdif), and an output variable (Ks') and wherein

- in each cycle of the closed-loop control circuit (15), the actual positions (X1,i, X2,j) of the actuators (A1,i, A2,j) of at least one of the first or second narrow-side plate (4, 4') are sensed,

- an actual value (Is) of the narrow-side conicity (Ks) is derived therefrom and

- in a controlled system (20) of the closed-loop control circuit (15), which replicates the effect of the narrow-side conicity (Ks) on the average surface pressure (Pmed), the narrow-side conicity (Ks) is only newly set by presetting corresponding setpoint positions (Y1,i, Y2,j) for the actuators (A1,i, A2,j) at least of one of the first or second narrow-side plate (4, 4') whenever there is a difference from the determined actual value (Is).


 
6. Method according to Claim 5, in which the control specification (25) is Ks' = Is - k · Pdif', where k is a proportionality factor with a range of values from 0.001 to 0.1.
 
7. Method according to either of Claims 5 and 6, in which the input variable (Pdif') of the control specification (25) is determined from the system deviation (Pdif) by a first filtering (22) by means of a time-based filter (ΦT) according to

where {Pdif}τ is a set of stored values of the system deviation (Pdif), reaching back over a time period τ, from previous cycles of the closed-loop control circuit (15).
 
8. Method according to one of Claims 5 to 7, in which a derived value (Ks") is determined from the output variable (Ks') of the control specification (25) by a second filtering (23) by means of a saturation filter (ΦS) according to

where Ks,min is a lower limit value and Ks,max is an upper limit value for the narrow-side conicity (Ks).
 
9. Method according to one of Claims 5 to 8, in which the narrow-side conicity (Ks) is determined by a third filtering (24) of a value (Ks"), derived from the output variable (Ks') of the control specification (25), by means of a hysteresis filter (ΦH) according to

where | | denotes the formation of the numerical absolute value and λ denotes the threshold value of the hysteresis filter (ΦH).
 
10. Device for setting at least one narrow-side conicity (Ks) of a continuous casting mould (1) for the production of a metal strand (5), in particular for carrying out a method according to Claims 1 to 9, wherein the continuous casting mould (1) comprises a first narrow-side plate (4) and a second narrow-side plate (4'),

- wherein a plurality (N1) of positionally controlled actuators (A1,i), with i∈{1,...,N1}, for positioning the first narrow-side plate (4) are arranged on the first narrow-side plate (4) and a plurality (N2) of positionally controlled actuators (A2,j), with j∈{1,...,N2}, for positioning the second narrow-side plate (4') are arranged on the second narrow-side plate (4'), at a different distance in each case from the charging-side end (3) of the continuous casting mould (1), and

- wherein the device has a closed-loop control unit (8) and devices (11) for sensing the forces (F1,i, F2,j) occurring during the operation of the continuous casting mould (1) in the direction of effect of the respective actuators (A1,i, A2,j), with i∈{1,...,N1} and j∈{1,...,N2},

characterized in that
the closed-loop control unit (8) is designed for at least one closed-loop control circuit (15), wherein the closed-loop control circuit (15) has

- a reference pressure (Pref) as a reference variable and

- an average surface pressure (Pmed) between the narrow-side plates (4, 4') and the metal strand (5) as a controlled variable, wherein the average surface pressure (Pmed) can be determined from the forces (F1,i, F2,j),

- a controller (21), by which the narrow-side conicity (Ks) can be determined as a manipulated variable of the closed-loop control circuit (15) in dependence on a system deviation (Pdif) = (Pref) - (Pmed) as an input variable, and

- a controlled system (20), by way of which the position of the first and/or the second narrow-side plate (4, 4') can be set in a way corresponding to the narrow-side conicity (Ks) by means of the actuators (A1,i, A2,j).


 
11. Device according to Claim 10, in which at least one of the actuators (A1,i, A2,j) is a hydraulically moved actuator.
 
12. Device according to Claim 11, in which at least one of the hydraulically moved actuators (A1,i, A2,j) is a double-acting hydraulic cylinder.
 
13. Device according to Claim 11, in which at least one of the actuators (A1,i, A2,j) has an electrical rotary drive.
 
14. Device according to Claim 11, in which at least one of the electrically driven actuators (A1,i, A2,j) is a linear motor.
 


Revendications

1. Procédé de réglage d'une conicité de petit côté (Ks) d'une lingotière de coulée continue (1) destinée à la production d'une barre métallique (5) à l'aide d'au moins une boucle d'asservissement (15), la lingotière de coulée continue (1) comprenant une première plaque de petit côté (4) et une seconde plaque de petit côté (4'),

- une pluralité (N1) d'actionneurs (A1,i) à régulation de position, avec i∈{1,...,N1}, destinés au positionnement de la première plaque de petit côté (4) étant disposés au niveau de la première plaque de petit côté (4), et une pluralité (N2) d'actionneurs (A2,j) à régulation de position, avec j∈{1,...,N2}, destinés au positionnement de la seconde plaque de petit côté (4') étant disposés au niveau de la seconde plaque de petit côté (4'), à une distance à chaque fois différente de l'extrémité côté injection (3) de la lingotière de coulée continue (1), et

- des forces correspondantes (F1,i, F2,j), avec i∈{1,...,N1} et j∈{1,...,N2}, se produisant dans la direction d'action de chaque actionneur (A1,i, A2,j) pendant le fonctionnement de la lingotière de coulée continue (1),

caractérisé en ce que,
lors du déroulement d'un cycle, l'au moins une boucle d'asservissement (15) utilise

- une pression de référence (Pref) en tant que grandeur de commande, et

- une pression superficielle moyenne (Pmed) entre les plaques de petit côté (4, 4') et la barre métallique (5) en tant que grandeur réglée, la pression superficielle moyenne (Pmed) étant déterminée à partir des forces (F1,i, F2,j), et

- en ce qu'un asservisseur (21) détermine la conicité de petit côté (Ks) en tant que variable réglante de la boucle d'asservissement (15) en fonction d'un écart de réglage (Pdif) = (Pref) - (Pmed) comme grandeur d'entrée, et

- en ce que la position de la première et/ou de la seconde plaque de petit côté (4, 4') est réglée conformément à la conicité de petit côté (Ks) au moyen des actionneurs (A1,i, A2,j), grâce à un système commandé (20).


 
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression de référence (Pref) est une fonction de la masse volumique (ρliq) du bain de fusion liquide (10), de la hauteur de surface de bain (h) et d'un facteur de correction (S) sans dimension.
 
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pression superficielle moyenne (Pmed) est déterminée à l'aide de la formule

avec une hauteur de surface de bain (h) et une épaisseur de coulée (d) de la lingotière de coulée continue (1).
 
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le réglage d'une conicité de petit côté (Ks) commune pour la première et la seconde plaque de petit côté (4, 4') s'effectue de manière symétrique par rapport à la direction de coulée (G) de la lingotière de coulée continue (1), la position dans l'espace de la ligne médiane (M) de la barre métallique (5) par rapport aux plaques de grand côté (2, 2'), ainsi que la largeur de coulée (b), étant prescrites.
 
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'asservisseur (21) comprend une consigne de réglage (25) avec une grandeur d'entrée (Pdif') dérivée de l'écart de réglage (Pdif) et une grandeur de sortie (Ks'), et dans lequel

- dans chaque cycle de la boucle d'asservissement (15), les positions réelles (X1,i, X2,j) des actionneurs (A1,i, A2,j) d'au moins une des première ou seconde plaque de petit côté (4, 4') sont détectées,

- une valeur réelle (Is) de la conicité de petit côté (Ks) est dérivée à partir de celles-ci, et

- dans un système commandé (20) de la boucle d'asservissement (15) qui représente l'effet de la conicité de petit côté (Ks) sur la pression superficielle moyenne (Pmed), la conicité de petit côté (Ks) ne fait l'objet d'un nouveau réglage, par prescription de positions de consigne (Y1,i, Y2,j) correspondantes pour les actionneurs (A1,i, A2,j) d'au moins une des première ou seconde plaque de petit côté (4, 4'), que lorsqu'il existe une différence par rapport à la valeur réelle (Is) déterminée.


 
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la consigne de réglage (25) est Ks' = Is - k · Pdif', k étant un facteur de proportionnalité présentant une plage de valeurs comprise entre 0,001 et 0,1.
 
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la grandeur d'entrée (Pdif') de la consigne de réglage (25) est déterminée par un premier filtrage (22) réalisé au moyen d'un filtre temporel (ΦT) à partir de l'écart de réglage (Pdif), conformément à

{Pdif}τ étant un ensemble de valeurs enregistrées de l'écart de réglage (Pdif) issues de cycles antérieurs de la boucle d'asservissement (15), qui remontent sur un intervalle de temps T.
 
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel une valeur dérivée (Ks") est déterminée par un deuxième filtrage (23) réalisé au moyen d'un filtre de saturation (Φs) à partir de la grandeur de sortie (Ks') de la consigne de réglage (25), conformément à

Ks,min étant une valeur limite inférieure et Ks,max étant une valeur limite supérieure pour la conicité de petit côté (Ks).
 
9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la conicité de petit côté (Ks)est déterminée par un troisième filtrage (24) d'une valeur (Ks") dérivée de la grandeur de départ (Ks') de la consigne de réglage (25) réalisé au moyen d'un filtre d'hystérésis (ΦH), conformément à

| | désignant la formation de la valeur absolue numérique et λ étant la valeur seuil du filtre d'hystérésis (ΦH).
 
10. Dispositif destiné au réglage d'au moins une conicité de petit côté (Ks) d'une lingotière de coulée continue (1) destinée à la production d'une barre métallique (5), notamment destiné à l'exécution d'un procédé selon l'une revendications 1 à 9, la lingotière de coulée continue (1) comprenant une première plaque de petit côté (4) et une seconde plaque de petit côté (4'),

- une pluralité (N1) d'actionneurs (A1,i) à régulation de position, avec i∈{1,...,N1}, destinés au positionnement de la première plaque de petit côté (4) étant disposés au niveau de la première plaque de petit côté (4), et une pluralité (N2) d'actionneurs (A2,j) à régulation de position, avec j∈{1,...,N2}, destinés au positionnement de la seconde plaque de petit côté (4') étant disposés au niveau de la seconde plaque de petit côté (4'), à une distance à chaque fois différente de l'extrémité côté injection (3) de la lingotière de coulée continue (1), et

- le dispositif étant pourvu d'une unité de régulation (8) et de dispositifs (11) permettant de détecter les forces (F1,i, F2,j), avec i∈{1,...,N1} et j∈{1,...,N2}, se produisant dans la direction d'action des actionneurs (A1,i, A2,j) respectifs pendant le fonctionnement de la lingotière de coulée continue (1),

caractérisé
en ce que l'unité de régulation (8) est conçue pour au moins une boucle d'asservissement (15), la boucle d'asservissement (15) comprenant

- une pression de référence (Pref) en tant que grandeur de commande,

- une pression superficielle moyenne (Pmed) entre les plaques de petit côté (4, 4') et la barre métallique (5) en tant que grandeur réglée, la pression superficielle moyenne (Pmed) pouvant être déterminée à partir des forces (F1,i, F2,j),

- un asservisseur (21) qui permet de déterminer la conicité de petit côté (Ks)en tant que variable réglante de la boucle d'asservissement (15) en fonction d'un écart de réglage (Pdif) = (Pref) - (Pmed) comme grandeur d'entrée, et

- un système commandé (20) grâce auquel la position de la première et/ou de la seconde plaque de petit côté (4, 4') peut être réglée conformément à la conicité de petit côté (Ks)au moyen des actionneurs (A1,i, A2,j).


 
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel au moins un des actionneurs (A1,i, A2,j) est un actionneur à mouvement hydraulique.
 
12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel au moins un des actionneurs (A1,i, A2,j) à mouvement hydraulique est un vérin hydraulique à double effet.
 
13. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel au moins un des actionneurs (A1,i, A2,j) possède un entraînement rotatif électrique.
 
14. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel au moins un des actionneurs (A1,i, A2,j) à entraînement électrique est un moteur linéaire.
 




Zeichnung

















Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente