VERFAHREN ZUM REGELN DER HÖHE DES GIESSSPIEGELS IN EINER KOKILLE EINER STRANGGIESSANLAGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Höhe des Gießspiegels in einer Kokille einer Stranggießanlage.

[0002] Beim Stranggießen eines Metallstrangs wird zumeist flüssiges Metall von einer Gießpfanne über ein Schattenrohr in einen Zwischenbehälter (Tundish) geleitet. Vom Zwischenbehälter gelangt dann das flüssige Metall über ein Gießrohr in die Kokille. Am unteren Ende der Kokille wird der gegossene Strang dann ausgetragen und mittels einer Strangführung von der Vertikalen in die Horizontale umgelenkt.

[0003] Wichtig ist dabei, dass das flüssige Metall in der Kokille auf einer definierten Gießspiegelhöhe gehalten wird, um den Stranggießvorgang qualitativ hochwertig ausführen zu können. Hierfür ist zumeist ein gewisser Höhenbereich zugelassen, in dem der Gießspiegel in der Kokille liegen darf. Der Ausfluss vom Zwischenbehälter in das Gießrohr kann einen Stopfen umfassen, der in einem Ventilsitz angeordnet ist und durch dessen Anheben oder Absenken der Volumenstrom des flüssigen Metalls beeinflusst werden kann. Die Stopfenlage wird durch ein Bewegungselement beeinflusst, das von einem Regler angesteuert wird, um einen definierten Volumenstrom zu erhalten.

[0004] Bei der Regelung eines gewünschten konstanten Volumenstroms im Gießrohr ist die unbekannte Übertragungsfunkton des Stopfens eine Störgröße; d. h. es ist per se nicht bekannt, wie sich der Volumenstrom an flüssigem Metall ändert, wenn der Stopfen einen definierten Betrag angehoben oder abgesenkt wird. Das Problem ergibt sich dabei dadurch, dass es unbekannt ist, wie sich die Übertragungsfunktion ändert, wenn durch Clogging oder durch Erosion eine Veränderung am Sitz des Stopfens in der Ausflussöffnung stattfindet. Das Clogging beschreibt das Anbacken von Material im Gießrohr bzw. am Stopfen; hierdurch muss der Stopfen weiter aufgezogen werden, um denselben Volumenstrom Metall zu erreichen. Andererseits tragen aggressive Vorgänge Material vom Stopfen ab, so dass bei einigen Stahlsorten der Stopfen ständig weiter zugefahren werden muss, um den gleichen Volumenstrom Metall zu erhalten. Erfolgt unerwünscht ein plötzliches Wegbrechen einer Verkrustung, kommt es zu einer entsprechenden Änderung im Volumenstrom des flüssigen Metalls und folglich zu einer Gießspiegelschwankung in der Kokille. Die Regelung des Volumenstroms an flüssigem Metall in die Kokille kann bei unbekannter Übertragungsfunktion, d. h. bei unbekannter Stopfenkennlinie, zumeist nur mit einer geringen Verstärkung des Reglers eingestellt werden, damit Instabilitäten verhindert werden. Eine geringe Verstärkung vermindert allerdings die Ausregelbarkeit von Gießspiegelschwankungen.

[0005] Aus der DE 10 2009 057 861 A1 ist es bekannt, für eine schnelle Regelung des Volumenstroms ein Messgerät für den Volumenstrom innerhalb des Gießrohrs einzusetzen. Somit kann ein relativ schnelles Regeln des Volumenstroms erfolgen. Als vorteilhafter Sensor für den Volumenstrom hat sich eine Lösung bewährt, die in der WO 00/58695 A1 beschrieben ist. Hier werden magnetische Felder eingesetzt, um den Volumenstrom schnell und genau zu bestimmen. Mittels des hier beschriebenen Sensors kann eine Messwerterfassung im Zehntelsekunden-Bereich erfolgen; die Auflösung ist auch sehr präzise, so dass der tatsächliche Volumenstrom genau erfasst werden kann. Mit der Regelung der Höhe des Gießspiegels in einer Kokille beschäftigt sich auch die JP 56 091974 A. Ähnliche Lösungen gehen aus der JP 10 216914 A und aus der JP 2002 059249 A hervor.

[0006] Neben der konstanten Regelung des Volumenstroms an flüssigem Metall in die Kokille besteht ein anderes Problem darin, dass sich auch in der Kokille selber Strömungseffekte des flüssigen Metalls ergeben, die es schwierig machen, eine definierte Gießhöhe in der Kokille stabil aufrecht zu erhalten. Des weiteren ist die Verhaltensweise des gegossenen Stranges, solange dieser noch nicht solidifiziert ist, eine potentielle Störquelle für das Konstanthalten des Gießspiegels.

[0007] Störgrößen sind zum einen das dynamische Ausbauchen des Stranges zwischen den Strangführungsrollen, d. h. das sog. Bulging. Hieraus resultieren ein Pumpeffekt und eine nachfolgende Gießspiegelschwankung. Zum anderen entsteht ein Störeinfluss dadurch, dass sich Wellen auf der Kokillenoberfläche ausbilden, die vom Eingießen des flüssigen Metalls in die Kokille herrühren. Diese Wellen täuschen einem Messgerät in der Kokille bei Wellendurchgang an der Messstelle eine Gießspiegelschwankung vor, also eine scheinbare Änderung der Gießspiegelhöhe, die so nicht existiert.

[0008] Zwar ist es aus der DE 10 2008 060 032 A1 als solches bekannt, die Gießspiegelhöhe in einer Kokille zu erfassen, wofür hier Lichtwellenleiter eingesetzt werden, die in der Kokille angeordnet sind. Die Temperaturmessung erfolgt beispielsweise mit dem Faser-Bragg-Gitter-Verfahren.

[0009] Während insoweit isolierte Maßnahmen bekannt sind, die eine Konstanthaltung der Gießspiegelhöhe in der Kokille begünstigen, ist es allerdings nach wie vor problematisch, die Maßnahmen so in einen Kontext zu stellen, dass insgesamt das Regelergebnis verbessert werden kann.

[0010] Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln der Höhe des Gießspiegels in einer Kokille einer Stranggießanlage vorzuschlagen, das sich durch eine verbesserte Effizienz auszeichnet, d. h. es soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, mit dem die Gießspiegelhöhe auch bei den genannten Einflussgröße möglichst stabil und möglichst konstant auf einem vorgegebenen Wert bzw. in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden kann.

[0011] Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass flüssiges Metall von einer Gießpfanne oder einem Zwischenbehälter über mindestens ein Gießrohr in die Kokille fließt, wobei der Volumenstrom an flüssigem Metall von der Gießpfanne oder dem Zwischenbehälter in die Kokille von einem Steuerelement (Stopfen) gesteuert werden kann, wobei der von der Gießpfanne oder dem Zwischenbehälter in die Kokille fließende Volumenstrom an flüssigem Metall von einem Durchflusssensor als Ist-Volumenstrom gemessen wird, wobei der Volumenstrom nach Vorgabe eines Sollwerts und unter Berücksichtigung des gemessenen Ist-Volumenstroms in einem ersten Regelkreis mit einem ersten Regler geregelt wird, wobei der erste Regler auf das Steuerelement einwirkt, wobei die Höhe des Gießspiegels in der Kokille nach Vorgabe eines Sollwerts oder Sollbereichs und unter Berücksichtigung der Ist-Höhe des Gießspiegels in einem zweiten Regelkreis mit einem zweiten Regler geregelt wird, wobei der zweite Regler dem ersten Regelkreis einen Sollwert für den Volumenstrom vorgibt, wobei die Ermittlung der Ist-Höhe des Gießspiegels unter Berücksichtigung einer stehenden Welle auf dem Gießspiegel erfolgt, die sich durch das Einströmen von flüssigem Metall in die Kokille auf dem Gießspiegel ausbildet, indem ein Temperaturverlauf über der Höhe der Kokille an einer Anzahl Umfangsstellen der Kokille erfasst wird und die gemessenen Temperaturverläufe bei der Bestimmung der effektiven Höhe des Gießspiegels derart zugrunde gelegt werden, dass der Verlauf der Temperatur an der Anzahl Umfangsstellen erfasst und die Höhenlage des Maximalwertes der Temperatur ermittelt wird und dass über die ermittelten Höhenlagen der Temperaturmaxima eine Mittelwertbildung vorgenommen wird, wobei der Mittelwert als Ist-Höhe des Gießspiegels zugrunde gelegt wird.

[0012] Bevorzugt erfolgt die Ermittlung eines Temperaturverlaufs über der Höhe der Kokille mittels mindestens eines Lichtwellenleiters, der vertikal in der Kokillenwand angeordnet ist.

[0013] Für jeden Lichtwellenleiter kann dabei das Temperaturprofil über der Höhe der Kokille erfasst werden und das Maximum der Messwerte als Kriterium für die Lage der aktuellen Höhe des Gießspiegels an der betreffenden Umfangsstelle der Kokille zugrunde gelegt werden.

[0014] Als Steuerelement wird bevorzugt ein beweglicher Verschlussstopfen eingesetzt.

[0015] Als Durchflusssensor wird mit Vorteil ein Sensor verwendet, der durch Induktion eines magnetischen Feldes in das flüssige Metall den Volumenstrom bestimmt.

[0016] Bevorzugt sind mindestens vier Lichtwellenleiter, besonders vorzugsweise sogar mindestens acht oder mehr Lichtwellenleiter, um den Umfang der Kokille herum angeordnet sind, die jeweils ein Temperaturprofil über der Höhe der Kokille erfassen.

[0017] Jeder Lichtwellenleiter kann dabei über die Höhenerstreckung der Kokille mindestens 5, vorzugsweise mindestens 20, Temperaturmesswerte erfasst. Die Erfassung von bis zu 40 Temperaturwerten ist möglich.

[0018] Als Sollhöhe für das flüssige Metall in der Kokille wird bevorzugt ein Bereich vorgegeben, der in einem definierten Abstand von der Oberkante der Kokille liegt. Hierbei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass für den Sollbereich ein Abstand von der Oberkante der Kokille zwischen 90 und 110 mm vorgegeben wird.

[0019] Dem zweiten Regler wird dabei bevorzugt keine Regelabweichung gemeldet, solange für die Ist-Höhe des flüssigen Metalls ein Wert ermittelt wird, der in dem vorgegebenen Bereich liegt.

[0020] Der erste Regler und der zweite Regler sind dabei bevorzugt so ausgelegt, dass die Ausregelung des Volumenstroms schneller erfolgt als die Ausregelung der Höhe des flüssigen Metalls in der Kokille.

[0021] Demgemäß schlägt die Erfindung vor, dass der integrative Anteil des Füllstandes in der Kokille durch Erfassung der Temperaturverteilung in der Kokille mittels Lichtwellenleiter und Rückschluss auf die tatsächliche Gießspiegelhöhe erfolgt, wobei dann aber schnelle dynamische Änderungen mittels Durchflussmessung (Volumenstrommessung) am Gießrohr geregelt werden.

[0022] Die Regelung des Flüssigstahlspiegels in der Kokille, d. h. die Regelung des integrativen Anteils, erfolgt - wie erwähnt - so, dass sich die Gießspiegelhöhe in einem definierten Bereich bewegt.

[0023] Hierfür vorgesehen ist eine verteilte Messung des Temperaturverlaufs über die Kokillenhöhe mit den genannten faseroptischen Verfahren. Hier kommt insbesondere neben dem Faser-Bragg-Gitter-Verfahren das Optical-Time-Domain-Reflectometry-Verfahren oder das Optical-Frequency-Domain-Reflectometry-Verfahren zum Einsatz. Die Kokille ist hierbei über den Umfang mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern versehen, die vertikal in der Kokillenwand verlaufen und bis zu 40 Messstellen aufweisen. Hierbei wird dann mit jedem Lichtwellenleiter eine "Wärmekeule" gemessen, d. h. ein Temperaturverlauf über der Kokillenhöhe. Diese Wärmekeulen lassen sich mit Thermoelementen nicht bestimmen, da Thermoelemente nicht sensitiv genug sind und zu wenige Messstellen über der Kokillenhöhe bieten.

[0024] Anhand der gemessenen Wärmekeule lässt sich durch Versuche auf den tatsächlichen Gießspiegel zurückrechnen. Der Gießspiegel wird vor allem durch die Lage des Maximums der Wärmekeule beschrieben. Durch die verteilte Messung von bis zu 32 Wärmekeulen über dem Umfang der Kokille verteilt entsteht so ein "Höhengebirgszug" entlang der Außenbegrenzung der Kokille. Somit können die Form und die Größe einer sog. "stehenden Welle" in der Kokille ermittelt werden, d. h. einer quasi stationären Wellenstruktur auf dem Gießspiegel, die durch das Eingießen von Flüssigmetall in die Kokille entsteht.

[0025] Alle Schwankungen dieser stehenden Welle werden durch die Ermittlung des Höhenzuges erkannt; die stehende Welle kann somit online erfasst und dargestellt werden.

[0026] Demgemäß kann durch die vorgeschlagene Vorgehensweise mittels der verteilten Lichtwellenleitermessung die tatsächliche effektive Gießspiegelschwankung - die es auszuregeln gilt - von der Schwankung, die durch die stehende Welle hervorgerufen wird, unterschieden werden.

[0027] So wird es möglich, Regelungseingriffe auf die tatsächlichen Gießspiegelhöhenschwankungen zu beschränken.

[0028] Diese Regelung über die verteilte Messung in der Kokille dient also der Einstellung des integrativen Anteils in der Kokille. Es soll das Weglaufen des Gießspiegels aus einem Zielbereich verhindert werden. Um ein "Anfressen" des Gießrohrs an einer Stelle zu verhindern, wird für die Regelung des integrativen Anteils in der Kokille ein Zielbereich von z. B. 90 bis 110 mm (von der Oberkante der Kupferkokille aus gemessen) festgelegt. Solange der Gießspiegel in diesem Bereich liegt und keine starken Schwankungen aufweist, erfolgen keine Regelungseingriffe bezüglich des integrativen Füllstandes.

[0029] Falls starke Schwankungen in der Kokille auftreten, können diese konkret dem Tauchrohr oder der Kokille zugeordnet werden, so dass die vorgeschlagene Regelstrategie dies gezielt ausgleichen kann.

[0030] Die Anzahl der Lichtwellenleiter kann dabei fachmännisch ausgewählt werden. Prinzipiell kann - natürlich unter Genauigkeitseinbußen - auch mit nur einem einzigen Lichtwellenleiter gearbeitet werden. Der Lichtwellenleiter würde in diesem Falle bevorzugt z. B. senkrecht in eine Schmalseite oder Breitseite eingekupfert bzw. in einer Bohrung in der Kokille angeordnet werden.

[0031] Der Lichtwellenleiter wird dabei bevorzugt in einem Hüllrohr verlegt. Das Hüllrohr hat beispielsweise einen Außendurchmesser von 0,5 bis 2 mm und einen Innendurchmesser von 0,4 bis 1,8 mm und besteht aus Edelstahl. Die Einbringung in die Kokille erfolgt durch Einschieben in eine hierfür gefertigte Bohrung oder durch Einlagerung in eine Schicht aus Kupfer oder Nickel.

[0032] Die Temperatur-Anstiegszeiten für den Lichtwellenleiter im Hüllrohr sind sehr kurz (bereits nach einer Zeit weit unter einer Sekunde wird ein erheblicher Teil des Temperaturendwertes erreicht). Eine Auflösung bis zu 1 °C ist möglich.

[0033] Demgemäß ergibt sich insgesamt eine effektive Regelung des schnell veränderlichen Anteils durch eine sehr schnelle Volumenstrommessung am Gießrohr und einer hierauf basierenden Regelung des Volumenstroms an Flüssigmetall, der in die Kokille gefördert wird. Die weitere Regelung des integrativen Anteils in der Kokille erfolgt indes durch eine Beobachtung eine Konfidenzintervalls (Zielbereich) für die Gießspiegelhöhe in der Kokille, wofür die verteilte Lichtwellenleitermessung eingesetzt wird, mit der ein Höhengebirgszug der sog. stehenden Welle erfasst wird. Effekte wie das Bulging können hiermit erfasst und ausgeregelt werden.

[0034] Die Technologie der Messung von Temperaturen durch Lichtwellenleiter ist als solche bekannt, wozu auf die WO 2004/015349 A2 und auf die WO 2007/079894 A1 hingewiesen wird.

[0035] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

schematisch eine Stranggießanlage, wobei neben einer Gießpfanne, einem Zwischenbehälter und einer Kokille auch ein Regelungsschema skizziert ist,

Fig. 2

den Schnitt A-B gemäß Fig. 1 durch die Kokille und

Fig. 3

schematisch den Verlauf einer gemessenen Temperatur über der Höhe der Kokille.

[0036] In Fig. 1 ist ein Teil einer Stranggießanlage 3 skizziert, die in bekannter Weise eine Gießpfanne 5 zur Aufnahme von Stahlschmelze 4 aufweist. Über ein Schattenrohr 13 gelangt das flüssige Metall 4 in einen Zwischenbehälter 6. Von dieser wiederum wird das flüssige Metall 4 über ein Gießrohr 7 in die Kokille 2 geleitet. In der Kokille 2 bildet das flüssige Metall 4 einen Gießspiegel 1.

[0037] Die Höhe h des Gießspiegels 1 soll dabei beim Stranggießen möglichst konstant bleiben und jedenfalls in einem Bereich liegen, der um einen definierten Abstand x von der Oberkante der Kokille 2 entfernt liegt. Konkret hat sich bewährt, wenn der Gießspiegel 1 in einem Abstand x von 90 bis 110 mm von der Oberkante der Kokille 2 entfernt bleibt.

[0038] Der Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall 4, der der Kokille 2 zugeleitet wird, kann durch ein Steuerelement 8 beeinflusst werden, das - als Stopfen ausgebildet-über ein Betätigungselement in Richtung des Doppelpfeils in Fig. 1 bewegt werden kann. Demgemäß kann mehr oder weniger Volumen Flüssigmetall 4 pro Zeit in die Kokille 2 geleitet werden.

[0039] Zur Regelung des Volumenstroms V̇ ist ein erster Regelkreis vorgesehen, der aus einem ersten Regler 10 und der von diesem beeinflussten ersten Regelstrecke 14 besteht (s. die schematische Darstellung in Fig. 1). Dem ersten Regelkreis vorgegeben ist ein Sollwert für den Volumenstrom V̇_Soll. Der tatsächliche Volumenstrom V̇_Ist wird von einem Durchflusssensor 9 erfasst, der im oder am Gießrohr 7 angeordnet ist. Angedeutet ist hier ein Sensor, der einen Magneten umfasst, dessen Kraft von einer Wägeeinrichtung erfasst wird. Diese Kraft wird vom Strom des Flüssigmetalls beeinflusst, so dass so der Volumenstrom gemessen werden kann. Die Abweichung V̇_Soll - V̇_Ist wird dem ersten Regler 10 vorgegeben, der daraufhin das Steuerelement 8 entsprechend betätigt. Kaskadenförmig überlagert ist dem ersten Regelkreis ein zweiter Regelkreis, der einen zweiten Regler 11 sowie eine zweite Regelstrecke 15 aufweist. Hier ist die Stellgröße die Sollhöhe des Gießspiegels h_Soll, die - wie erläutert - bei einem vorgegebenen Wert oder in einem vorgegebenen Bereich liegen soll. Die Sollhöhe bzw. der Sollhöhenbereich wird der Regelung vorgegeben. Der zweite Regler 11 gibt der zweiten Regelstrecke 15 das Stellsignal vor, wobei hier der erste Regelkreis zwischengeschaltet ist (Kaskadenregelung). Die tatsächlich Höhe h_Ist wird von der Sollhöhe h_Soll abgezogen, so dass bei gegebener Regeldifferenz der zweite Regler 11 das Nötige veranlasst.

[0040] Dabei kommt der Ermittlung der Ist-Höhe des Gießspiegels in 1 der Kokille 2 entsprechende Bedeutung zu. Durch das Einströmen von flüssigem Metall 4 in die Kokille 2 bildet sich hier eine sog. stehende Welle aus, die in Fig. 1 in der Kokille angedeutet ist. Skizziert sind auch einige Strömungspfeile in der Schmelze. Die Strömung ist dafür verantwortlich, dass es zu besagter stehender Welle kommt.

[0041] Es gilt, den "Gebirgshöhenzug" dieser stehenden Welle zu erkennen und bei der Ermittlung der effektiven Höhe h des Gießspiegels 1 in der Kokille 2 zu berücksichtigen.

[0042] Hierfür wird wie folgt vorgegangen:

[0043] Über den Umfang der Kokille 2 ist - wie in Fig. 2 gesehen werden kann - eine Vielzahl von Lichtwellenleitern 12 angeordnet. Jeder Lichtwellenleiter 12 befindet sich in einer vertikalen Bohrung, die in der Kokillenwandung eingebracht ist. Über den Umfang sind bis zu 32 Lichtwellenleiter 12 platziert.

[0044] Jeder Lichtwellenleiter 12 kann beispielsweise über das weiter unten näher erläuterte Faser-Bragg-Gitter-Verfahren den Temperaturverlauf über der Höhe h der Kokille 2 erfassen. Hierzu wird auf Fig. 3 verwiesen, wo qualitativ ein solcher Verlauf T = f(h) in Form einer "Wärmekeule" skizziert ist. Klar zu erkennen ist ein Maximum der Temperatur T. Dieses Maximum ist ein sicherer Hinweis auf die tatsächliche Lage des Gießspiegels 1 an dieser Umfangsstelle der Kokille 2. Somit ist es in einfacher Weise möglich, durch Auswertung aller erfasster "Wärmekeulen" die Form der stehenden Welle in der Kokille zu erfassen. Beispielsweise durch entsprechende Mittelwertbildung kann die effektive Lage des Gießspiegels 1 erfasst werden, quasi bereinigt um die stehende Welle. Dieser Wert ist dann der Istwert h_Ist, der bei der Regelung zugrunde gelegt wird.

[0045] Der Lichtwellenleiter 12 hat typischer Weise einen Durchmesser von z. B. 0,12 mm; mit Hüllrohr ergibt sich zumeist ein Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm. Der Lichtwellenleiter 12 kann dabei Temperaturen bis zu 800 °C Dauerbelastung aushalten.

[0046] Die Lichtwellenleiter 12 sind mit einem nicht dargestellten Temperaturerfassungssystem verbunden. Mittels des Erfassungssystems wird Laserlicht erzeugt, das in den Lichtwellenleiter 12 eingespeist wird. Die von der Lichtwellenleitfaser 12 gesammelten Daten werden mittels des Erfassungssystems in Temperaturen umgerechnet und den verschiedenen Messorten zugeordnet.

[0047] Die Auswertung kann beispielsweise nach dem sog. Faser-Bragg-Gitter-Verfahren (FBG-Verfahren) erfolgen. Hierbei werden geeignete Lichtwellenleiter verwendet, die Messstellen mit einer periodischen Variation des Brechungsindexes bzw. Gitters mit solchen Variationen eingeprägt bekommen. Diese periodische Variation des Brechungsindexes führt dazu, dass der Lichtwellenleiter in Abhängigkeit der Periodizität für bestimmte Wellenlängen an den Messstellen einen dielektrischen Spiegel darstellt. Durch eine Temperaturänderung an einem Punkt wird die Bragg-Wellenlänge verändert, wobei genau diese reflektiert wird. Licht, das die Bragg-Bedingung nicht erfüllt, wird durch das Bragg-Gitter nicht wesentlich beeinflusst. Die verschiedenen Signale der unterschiedlichen Messstellen können dann aufgrund von Laufzeitunterschieden voneinander unterschieden werden. Der detailierte Aufbau solcher Faser-Bragg-Gitter sowie die entsprechenden Auswerteeinheiten sind allgemein bekannt. Die Genauigkeit der Ortsauflösung ist durch die Anzahl der eingeprägten Messstellen gegeben. Die Größe einer Messstelle kann beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 5 mm liegen.

[0048] Alternativ kann zur Messung der Temperatur auch das "Optical-Frequency-Domain-Reflectometry"-Verfahren (OFDR-Verfahren) oder das "Optical-Time-Domain-Reflectometry"-Verfahren (OTDR-Verfahren) eingesetzt werden. Diese Verfahren basieren auf dem Prinzip der faseroptischen Ramanrückstreuung, wobei ausgenutzt wird, dass eine Temperaturveränderung am Punkt eines Lichtleiters eine Veränderung der Ramanrückstreuung des Lichtwellenleitermaterials verursacht. Mittels der Auswerteeinheit (z. B. einem Raman-Reflektometer) können dann die Temperaturwerte entlang einer Faser ortsaufgelöst bestimmt werden, wobei bei diesem Verfahren über eine bestimmte Länge des Leiters gemittelt wird. Diese Länge beträgt ca. einige Zentimeter. Die verschiedenen Messstellen werden wiederum durch Laufzeitunterschiede voneinander getrennt. Der Aufbau solcher Systeme zur Auswertung nach den genannten Verfahren ist allgemein bekannt, ebenso wie die nötigen Laser, die das Laserlicht innerhalb des Lichtwellenleiters erzeugen.

Bezugszeichenliste:

[0049] 

1

Gießspiegel

2

Kokille

3

Stranggießanlage

4

flüssiges Metall (Stahlschmelze)

5

Gießpfanne

6

Zwischenbehälter (Tundish)

7

Gießrohr (SEN - submerged entry nozzle)

8

Steuerelement

9

Durchflusssensor

10

erster Regler

11

zweiter Regler

12

Lichtwellenleiter

13

Schattenrohr

14

erste Regelstrecke

15

zweite Regelstrecke

h

Höhe des Gießspiegels

h_soll

Soll-Höhe des Gießspiegels

h_Ist

Ist-Höhe des Gießspiegels

V̇

Volumenstrom des flüssigen Metalls

V̇_Soll

Sollwert für den Volumenstrom

V̇_Ist

Istwert für den Volumenstrom

T(h)

Temperaturverlauf über der Höhe der Kokille

x

Abstand

Ansprüche

1. Verfahren zum Regeln der Höhe (h) des Gießspiegels (1) in einer Kokille (2) einer Stranggießanlage (3),
wobei flüssiges Metall (4) von einer Gießpfanne (5) oder einem Zwischenbehälter (6) über mindestens ein Gießrohr (7) in die Kokille (2) fließt,
wobei der Volumenstrom (V̇) an flüssigem Metall (4) von der Gießpfanne (5) oder dem Zwischenbehälter (6) in die Kokille (2) von einem Steuerelement (8) gesteuert werden kann,
wobei der von der Gießpfanne (5) oder dem Zwischenbehälter (6) in die Kokille (2) fließende Volumenstrom (V̇) an flüssigem Metall (4) von einem Durchflusssensor (9) als Ist-Volumenstrom (V̇_Ist) gemessen wird,
wobei der Volumenstrom (V̇) nach Vorgabe eines Sollwerts (V̇_So//) und unter Berücksichtigung des gemessenen Ist-Volumenstrom (V̇_Ist) in einem ersten Regelkreis mit einem ersten Regler (10) geregelt wird, wobei der erste Regler (10) auf das Steuerelement (8) einwirkt,
wobei die Höhe (h) des Gießspiegels (1) in der Kokille nach Vorgabe eines Sollwerts oder Sollbereichs (h_soll) und unter Berücksichtigung der Ist-Höhe des Gießspiegels in einem zweiten Regelkreis mit einem zweiten Regler (11) geregelt wird, wobei der zweite Regler (11) dem ersten Regelkreis einen Sollwert für den Volumenstrom (V̇_Soll) vorgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ermittlung der Ist-Höhe (h_Ist) des Gießspiegels (1) unter Berücksichtigung einer stehenden Welle auf dem Gießspiegel (1) erfolgt, die sich durch das Einströmen von flüssigem Metall (4) in die Kokille (2) auf dem Gießspiegel (1) ausbildet, indem ein Temperaturverlauf (T(h)) über der Höhe (h) der Kokille (2) an einer Anzahl Umfangsstellen der Kokille (2) erfasst wird und die gemessenen Temperaturverläufe (T(h)) bei der Bestimmung der effektiven Höhe (h_Ist) des Gießspiegels (1) derart zugrunde gelegt werden,

- dass der Verlauf der Temperatur an der Anzahl Umfangsstellen erfasst und die Höhenlage des Maximalwertes der Temperatur ermittelt wird und

- dass über die ermittelten Höhenlagen der Temperaturmaxima eine Mittelwertbildung vorgenommen wird, wobei der Mittelwert als Ist-Höhe (h_Ist) des Gießspiegels (1) zugrunde gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung eines Temperaturverlaufs (T(h)) über der Höhe der Kokille (2) mittels mindestens eines Lichtwellenleiters (12) erfolgt, der vertikal in der Kokillenwand angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Lichtwellenleiter (12) das Temperaturprofil (T(h)) über der Höhe (h) der Kokille (2) erfasst wird und das Maximum der Messwerte als Kriterium für die Lage der aktuellen Höhe (h) des Gießspiegels an der betreffenden Umfangsstelle der Kokille (2) zugrunde gelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerelement (8) ein beweglicher Verschlussstopfen eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflusssensor (9) ein Sensor verwendet wird, der durch Induktion eines magnetischen Feldes in das flüssige Metall den Volumenstrom (V̇) bestimmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier Lichtwellenleiter (12), vorzugsweise mindestens acht Licht-wellenleiter (12), um den Umfang der Kokille (2) herum angeordnet sind, die jeweils ein Temperaturprofil (T(h)) über der Höhe (h) der Kokille (2) erfassen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lichtwellenleiter (12) über die Höhenerstreckung der Kokille (2) mindestens 5, vorzugsweise mindestens 20, Temperaturmesswerte erfasst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollhöhe (h_Soll) für das flüssige Metall (4) in der Kokille (2) ein Bereich vorgegeben wird, der in einem definierten Abstand von der Oberkante der Kokille (2) liegt, wobei für den Sollbereich vorzugsweise ein Abstand (x) von der Oberkante der Kokille (2) zwischen 90 und 110 mm vorgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Regler (11) keine Regelabweichung gemeldet wird, solange für die Ist-Höhe (h_Ist) des flüssigen Metalls (4) ein Wert ermittelt wird, der in dem vorgegebenen Bereich liegt.

Claims

1. Method of regulating the height (h) of the meniscus (1) in a mould (2) of a continuous casting plant (3),
wherein liquid metal (4) flows into the mould (2) from a ladle (5) or a tundish (6) via a pouring spout (7),
wherein the volume flow (V̇) of liquid metal (4) from the ladle (5) or tundish (6) into the mould (2) can be controlled by a control element (8),
wherein the volume flow (V̇) of liquid metal (4) flowing from the ladle (5) or the tundish (6) into the mould (2), is measured by a throughflow sensor (0) as a an actual volume flow (V̇_Ist),
wherein the volume flow (V̇) is regulated in accordance with presetting of a target value (V̇_soll) and with consideration of the measured actual volume flow (V̇_Ist) in a first regulating circuit by a first regulator (10), wherein the first regulator (10) acts on the control element (8), and
wherein the height (h) of the meniscus (1) in the mould is regulated in accordance with presetting of a target value or target range (h_soll) and with consideration of the actual height of the meniscus in a second regulating circuit by a second regulator (11), wherein the second regulator (11) presets for the first regulating circuit a target value for the volume flow (V̇_soll),
characterised in that
determination of the actual height (h_Ist) of the meniscus (1) is carried out with consideration of a standing wave on the meniscus (1) which forms on the meniscus (1) due to the inflow of liquid metal (4) into the mould (2) in that a temperature plot (T(h)) over the height (h) of the mould (2) is detected at a number of circumferential points of the mould (2) and the measured temperature plots (T(h)) are the basis for determination of the effective height (h_Ist) of the meniscus (1) in that

- the plot of the temperature is detected at the number of circumferential points and the height position of the maximum value of the temperature is determined and

- a mean value formation is undertaken over the determined height positions of the temperature maxima, wherein the mean value is the basis of the actual height (h_Ist) of the meniscus (1).

2. Method according to claim 1, characterised in that the determination of a temperature plot (T(h)) over the height of the mould (2) is carried out by means of at least one optical waveguide (12) arranged vertically in the mould wall.

3. Method according to claim 2, characterised in that the temperature profile (T(h)) over the height (h) of the mould (2) is detected for each optical waveguide (12) and the maximum of the measured values is the basis of a criterion for the position of the current height (h) of the meniscus at the relevant circumferential point of the mould (2).

4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterised in that a movable closure plug is used as control element (8).

5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterised in that a sensor, which determines the volume flow (V̇) through induction of a magnetic field in the liquid metal, is used as throughflow sensor (9).

6. Method according to any one of claims 2 to 5, characterised in that at least four optical waveguides (12), preferably at least eight optical waveguides (12), are arranged around the circumference of the mould (2), each of which detects a temperature profile (T(h)) over the height (h) of the mould (2).

7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterised in that each optical waveguide (12) detects at least five, preferably at least twenty, temperature measurement values over the height dimension of the mould (2).

8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterised in that as target height (h_soll) for the liquid metal (4) in the mould (2) a region lying at a defined spacing from the upper edge of the mould (2) is predetermined, wherein a spacing (x) from the upper edge of the mould (2) of between 90 and 110 millimetres is preferably determined for the target region.

9. Method according to claim 8, characterised in that a regulating deviation is reported to the second regulator (11) as long as a value lying in the predetermined range is determined for the actual height (h_Ist) of the liquid metal (4).

Revendications

1. Procédé pour le réglage de la hauteur (h) du ménisque (1) dans une lingotière (2) d'une installation de coulée continue (3), dans lequel du métal en fusion (4) s'écoule depuis une poche de coulée (5) ou depuis un distributeur (6) via au moins une busette de poche (7) jusque dans la lingotière (2) ; dans lequel le débit volumique (V̇) du métal en fusion (4) depuis la poche de coulée (5) ou le distributeur (6) jusque dans la lingotière (2) peut être commandé par un élément de commande (8) ; dans lequel le débit volumique (V̇) du métal en fusion (4) qui s'écoule depuis la poche de coulée (5) ou depuis le distributeur (6) jusque dans la lingotière (2) est mesuré par un capteur du débit (9) à titre de débit volumique réel (V̇_Ist); dans lequel le débit volumique (V̇), après avoir fixé une valeur de consigne (V̇_Soll) et en prenant en compte la valeur réelle mesurée (V̇_Ist), est réglé dans un premier circuit de réglage avec un premier élément de réglage (10), le premier élément de réglage (10) agissant sur l'élément de commande (8); dans lequel la hauteur (h) du ménisque (1) dans la lingotière, après avoir fixé une valeur de consigne ou une plage de consigne (h_soll) et en prenant en compte la hauteur réelle, est réglée dans un deuxième circuit de réglage avec un deuxième élément de réglage (11), le deuxième élément de réglage (11) imposant au premier circuit de réglage une valeur de consigne pour le débit volumique (V̇), caractérisé en ce que la détermination de la hauteur réelle (h_ist) du ménisque (1) a lieu en prenant en compte une onde stationnaire sur le ménisque (1) qui se forme sur le ménisque (1) via l'introduction de métal en fusion (4) dans la lingotière (2), en enregistrant une allure de température (T(h)) sur la hauteur (h) de la lingotière (2) à un certain nombre d'endroits périphériques de la lingotière (2), et en utilisant comme base de référence les allures de température mesurées (T(h)) lors de la détermination de la hauteur effective (h_ist) du ménisque (1) de manière telle que l'on enregistre l'allure de la température aux différents endroits périphériques et on détermine l'altitude de la valeur maximale de la température, et on procède, via les altitudes déterminées des maxima de température, à une estimation de valeur moyenne, la valeur moyenne étant prise comme base de référence pour la hauteur réelle (h_ist) du ménisque (1).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination d'une allure de température (T(h)) a lieu sur la hauteur de la lingotière (2) au moyen d'au moins une fibre optique (12) qui est disposée à la verticale dans la paroi de la lingotière.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour chaque fibre optique (12), on enregistre le profil de température (T(h)) sur la hauteur (h) de la lingotière (2) et on prend comme base de référence le maximum des valeurs de mesure à titre de critère pour la position de la hauteur réelle (h) du ménisque à l'endroit périphérique concerné de la lingotière (2).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre, à titre d'élément de commande (8), un dispositif d'obturation mobile.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise, à titre de capteur du débit (9), un capteur qui détermine le débit volumique (V̇) par induction d'un champ magnétique dans le métal en fusion.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'au moins quatre fibres optiques (12), de préférence au moins huit fibres optiques (12) sont disposées à la périphérie de la lingotière (2), qui enregistrent respectivement un profil de température(T(h)) sur la hauteur (h) de la lingotière (2).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque fibre optique (12) enregistre, sur toute la hauteur de la lingotière (2), au moins 5, de préférence au moins 20 valeurs de mesure de la température.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fixe, à titre de hauteur de consigne (h_soll) pour le métal en fusion (4) dans la lingotière (2), une zone qui est située à une distance définie du bord supérieur de la lingotière (2), dans lequel on fixe de préférence une distance (x) à partir du bord supérieur de la lingotière (2) entre 90 et 110 mm pour la zone de consigne.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'aucune déviation de réglage n'est communiquée au deuxième régulateur (11) tant que l'on détermine, pour la hauteur de consigne (h_ist) du métal en fusion (4), une valeur qui se situe dans la zone prédéfinie.

Zeichnung