[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Gieß-Walz-Anlage zum Gießen und Walzen
eines endlosen Stranggutes aus Metall, insbesondere Stahl.,
[0002] Eine bekannte Gieß-Walz-Anlage zum Gießen und Walzen eines endlosen Stranggutes ist
beispielhaft in Figur 1 gezeigt. Die dort gezeigte Gieß-Walz-Anlage 100 umfasst eine
Stranggießmaschine 110, eine der Stranggießmaschine nachgeschaltete Walzstraße 120,
eine der Walzstraße nachgeschaltete Kühlstrecke 170, eine der Kühlstrecke nachgeschaltete
Trenneinrichtung 180 sowie eine Haspeleinrichtung 190 zum Aufhaspeln des Stranggutes
200. Im Einzelnen umfasst die Stranggießmaschine 110 eine Kokille 111, eine der Kokille
nachgeordnete Strangführung 112 sowie typischerweise eine Trenneinrichtung 180. Die
Trenneinrichtung 180 dient zum Abtrennen eines sogenannten Kaltstranges. An den primär
gekühlten Wänden der Kokille 111 erstarrt die Schmelze in der Kokille und auf diese
Weise bildet sich die Strangschale eines Stranggutes aus. Das so gebildete, innen
noch flüssige, Stranggut wird nach Austritt aus der Kokille 111 in der Strangführung
112 mit Hilfe von Strangführungsrollen 113 gestützt und aus der Vertikalen in die
Horizontale umgelenkt. Zu diesem Zweck sind die Strangführungsrollen 113_i zumindest
teilweise mit Hilfe von Antrieben 114_i aktiv angetrieben. Die Antriebe 114_i werden
von einer Strangführungsrollenantriebssteuerung 117 angesteuert. Die Walzstraße 120
umfasst typischerweise n=1 bis N Walzgerüste 122_n, denen typischerweise jeweils Antriebe
124_n zum Antreiben ihrer Walzen zugeordnet sind. Die ersten n=1 bis L mit L = 3 Walzgerüste
122_1 bis 3 bilden eine Gruppe von Vorgerüsten, denen jeweils die Antriebe 124_1 bis
3 zugeordnet sind. Den Vorgerüsten ist eine Heizung, vorzugsweise eine Induktivheizung
129 nachgeschaltet, um das vorgewalzte Stranggut 200 auf eine gewünschte Fertigwalztemperatur
aufzuheizen, bevor es nachfolgend in eine Gruppe von (Fertig-) Walzgerüsten 122_4
bis N einläuft und dort auf eine gewünschte Endwalzdicke fertiggewalzt wird. Den einzelnen
Walzgerüsten 122_n sind typischerweise individuelle Antriebe 124_n zugeordnet, welche
von einer übergeordneten Antriebssteuerung 128 individuell angesteuert werden. Die
Wegkoordinate, gleichbedeutend mit der Gießrichtung oder der Materialflussrichtung,
ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen x bezeichnet.
[0003] Figur 2 zeigt eine Detailansicht der soeben unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen
und im Stand der Technik bekannten Gieß-Walz-Anlage 100. Soweit in Figur 2 dieselben
technischen Elemente gezeigt sind, sind diese durch dieselben Bezugszeichen wie in
Figur 1 bezeichnet. Insoweit gilt für Figur 2 dieselbe Beschreibung wie für die Figur
1. Darüber hinaus sei lediglich erwähnt, dass die mit dem Bezugszeichen 113a bezeichnete
Strangführungsrolle im Unterschied zu den Strangführungsrollen 113_i nicht angetrieben
ist. Darüber hinaus ist in der Strangführung 112 die Sumpfspitze 160 und ihre Ist-Position
entlang der Wegkoordinate x mit dem Bezugszeichen X_S_Ist bezeichnet. Schließlich
ist zu erkennen, dass die Dicken des Stranggutes 200 am Ausgang der Stranggießmaschine
110 mit dem Bezugszeichen H0, am Ausgang des ersten Walzgerüstes mit dem Bezugszeichen
H1 und am Ausgang des zweiten Walzgerüstes mit dem Bezugszeichen H2 bezeichnet sind.
[0004] Das wesentliche Charakteristikum bei der Herstellung von endlosem Stranggut 200 bzw.
beim Endloswalzen besteht darin, dass das Stranggut 200 von seiner Erzeugung in der
Kokille 111 über seine Durcherstarrung in Strangführung 112 bis zum Walzen bzw. Dickenreduzieren
in der Walzstraße 120 nicht durchtrennt wird. Die oben erwähnte Abtrennung des Kaltstrangs
am Ausgang der Strangführung 112 steht dazu nicht im Widerspruch, weil es sich bei
dem Kaltstrang noch nicht um das eigentliche endlose Stranggut handelt. Eine Trennung
des endlosen Stranggutes erfolgt erst mit Hilfe der Trenneinrichtung 180 in Figur
1 unmittelbar vor der Haspeleinrichtung 190, um dann das zuvor endlos gewalzte Stranggut
200 auf gewünschte Coillängen zurechtzuschneiden.
[0005] Aufgrund des Gesetzes des konstanten Massenflusses ist der Massenfluss bei einem
gekoppelten Gieß-Walz-Prozess, wie er beim Endloswalzen vorliegt, grundsätzlich an
jeder Stelle der Gieß-Walz-Anlage 100 konstant. Störungen dieser Konstanz können beispielsweise
jedoch dann eintreten, wenn sich das Stranggut 200 staut (es bilden sich dann Schlingen)
oder wenn es gedehnt wird (das Stranggut kann im Grenzfall auch zerreißen). Ursachen
für solche Unstetigkeiten im Massenfluss liegen z. B. vor, wenn die Gießmaschine nicht
kontinuierlich Material bzw. den Massenfluss nachfördert oder die Haspeleinrichtungen
nicht für eine ausreichende Abfuhr des Massenflusses bzw. des Stranggutes sorgen.
[0006] Für die Stranggießmaschine - für sich alleine betrachtet - gibt es Überlegungen,
wie der Massenfluss konstant gehalten bzw. ausgeregelt werden kann; siehe beispielsweise
die europäische Patentschrift
EP 1 720 669 B1. Eine Massenflussregelung innerhalb der (Fertig-)Walzstraße ist in der deutschen
Anmeldung
DE 283 37 56 A1 beschrieben.
[0007] Eine andere Möglichkeit zur Regelung des Massenflusses, insbesondere innerhalb einer
(Fertig-)Walzstraße besteht darin, eine Speichereinheit für das Walzgut in den Massenfluss
einzubauen und den Massenfluss durch geeignete Variationen des gespeicherten Volumens
des Stranggutes zu steuern bzw. zu regeln. Solche Speicher können z. B. in Form von
Schlingenspeichern realisiert sein. Bei Materialdicken des Stranggutes größer 20 mm,
je nach Material, bilden sich jedoch aufgrund hoher Steifigkeit keine Schlingen aus.
Gerade im Bereich hinter der Gießmaschine kann diese Möglichkeit deshalb bei den besagten
großen Materialdicken nicht genutzt werden.
[0008] Eine Schlingensteuerung ist beispielsweise bekannt aus der japanischen Patentanmeldung
JP 2007185703 A.
[0009] Die technischen Lehren der beiden Dokumente aus dem Stand der Technik betreffen jedoch,
wie gesagt, lediglich einzelne Anlagenteile, nicht jedoch eine ganzheitliche Lösung
für die beiden Anlagenteile Stranggießmaschine und Walzstraße. Hinweise für eine ganzheitliche
Lösung bzw. für eine Synchronisation zwischen Stranggießmaschine und Walzstraße sind
in der europäischen Patentschrift
EP 2 346 625 B1 offenbart. Konkret schlägt diese Patentschrift vor, während einer Dickenänderung
des Stranggutes in der Walzstraße die Auslaufgeschwindigkeit des Walzgutes aus einem
vorgeordneten Aggregat, zum Beispiel der Gießmaschine, zu verwenden. Über die genaue
Ausführung dieser technischen Lehre schweigt sich die besagte Patentschrift jedoch
aus. Bei einer genaueren Betrachtung dieser Lösung zeigt sich jedoch der Nachteil,
dass die mit einigen Megawatt ausgestatteten leistungsstarken Hauptantriebe der Walzstraße
den mit nur einigen kW ausgeführten Antrieben der Stranggießmaschine, welche die Austrittsgeschwindigkeit
des Stranggutes aus der Stranggießmaschine vorgeben, folgen müssen. Dies ist regelungstechnisch
nachteilig, weil das regelungstechnische Verhalten, d. h. die Dynamik eines Antriebs
mit der Größe des Motors sinkt. Es ist deshalb immer vorteilhafter, einen kleinen
Motor einem großen Motor folgen zu lassen, als umgekehrt.
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte
Gieß-Walz-Anlage zum Gießen und Walzen von Stranggut dahingehend weiterzubilden, dass
die Antriebe von sowohl der Stranggießmaschine wie auch von der Walzstraße im Hinblick
auf einen in den beiden genannten Anlagenteilen betraglich gleichen und konstanten
Massenfluss übergeordnet synchronisiert werden.
[0012] Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch das im Patentanspruch 1 beanspruchte
Verfahren gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stichplanmodell als
Sollwertvorgabe eine Soll-Drehzahl für den Antrieb des ersten Walzgerüstes der Walzstraße
vorgibt und dass das Stranggießmaschinen-Antriebsmodell als Sollwertvorgabe ein Soll-Drehmoment
für den Antrieb der mindestens einen angetriebenen Strangführungsrolle vorgibt.
[0013] Diese beanspruchte Lösung, wonach der typischerweise sehr leistungsstarke Antrieb
des ersten Walzgerüstes eine Soll-Drehzahl vorgegeben bekommt, während insbesondere
sämtliche Antriebe der vorgelagerten angetriebenen Strangführungsrollen gleichzeitig
keine Drehzahl, sondern stattdessen ein Soll-Drehmoment vorgegeben bekommen, bewirkt
vorteilhafterweise, dass das erste Walzgerüst die Geschwindigkeit und damit den Massenfluss
nicht nur innerhalb der Walzstraße, sondern auch innerhalb der vorgelagerten Stranggießmaschine
vorgibt. Insofern fungiert das erste Walzgerüst als "Speed-Master" bzw. als "Massenfluss-Master".
Der Massenfluss ergibt sich dabei aus der Dicke des Stranggutes am Einlauf und am
Auslauf des ersten Walzgerüstes sowie der Drehzahl der Arbeitswalzen des ersten Walzgerüstes.
Die Drehzahl wird, wie später noch beschrieben werden wird, mittels eines Stichplanmodells
ermittelt und vorgegeben. Eine Voreilung vor der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen
des ersten Walzgerüstes wird dabei berechnet und entsprechend berücksichtigt. Dass
die Antriebe der Strangführungsrollen innerhalb der Stranggießmaschine lediglich ein
Soll-Drehmoment, nicht jedoch eine Soll-Drehzahl vorgegeben bekommen, bietet den Vorteil,
dass sich die Drehzahlen der Strangführungsrollen und insbesondere auch die Drehzahlen
der angetriebenen Strangführungsrollen automatisch im Hinblick auf den von dem ersten
Walzgerüst vorgegebenen Massenfluss einstellen. Anders ausgedrückt folgen die Antriebe
bzw. die Drehzahlen der Strangführungsrollen in der Strangführung dem durch das erste
Walzgerüst vorgegeben Massenfluss bzw. der durch das erste Walzgerüst vorgegebenen
Geschwindigkeit. Kleine Fehler in der von dem Stichplanmodell durchgeführten Berechnung
des Massenflusses werden somit ausgeglichen. Ein weiterer Vorteil der beanspruchten
Lösung besteht darin, dass eine Drehzahlerfassung sowohl bei den Strangführungsrollen
wie auch bei den Walzen der Walzgerüste eingespart werden kann. Die beanspruchte Drehzahlvorgabe
nur bei dem ersten Walzgerüst bei gleichzeitiger Momentenvorgabe für die Strangführungsrollen
ermöglicht vorteilhafterweise automatisch die gewünschte Konstanz des Massenflusses
in beiden Anlagenteilen, d. h. sowohl in der Stranggießmaschine wie auch in der Walzstraße.
[0014] Wenn gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel die Walzstraße mehr als ein Walzgerüst,
typischerweise n = 2 bis N Walzgerüste, aufweist, sieht die Erfindung vor, dass das
Stichplanmodell jeweils ein individuelles Soll-Drehmoment auch für die Antriebe der
Walzen der dem ersten Walzgerüst nachfolgenden Walzgerüste n = 2 bis N vorgibt. Dadurch
wird gewährleistet, dass das erste Walzgerüst nach wie vor alleiniger "Speed-Master"
bzw. "Massenfluss-Master" bleibt, denn aufgrund der Soll-Drehmomentenvorgabe sind
die Drehzahlen bzw. die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Walzen der nachfolgenden Walzgerüste
n = 2 bis N frei. Aufgrund der beanspruchten Vorgabe der Soll-Drehzahl bei lediglich
einem einzigen Antrieb innerhalb der Stranggießanlage und der Walzstraße wird sichergestellt,
dass es nicht zu Störungen in der Konstanz des Massenflusses, z. B. aufgrund von nicht
genau synchronisierten Antrieben mit Drehzahlvorgabe kommt. Aufgrund der beanspruchten
Lösung, wonach nur ein einzelner Antrieb eine Soll-Drehzahl vorgegeben bekommt, während
alle anderen Antriebe sowohl in der Stranggießmaschine wie auch in der Walzstraße
folgen, stellen sich erfindungsgemäß vorteilhafterweise die Drehzahlen aller anderen
Antriebe automatisch so ein, wie es der von dem ersten Walzgerüst vorgegebene Massenfluss
nach dem Gesetz der Konstanz des Massenflusses erfordert, ohne dass es dazu einer
gesteuerten Synchronisation bedürfen würde.
[0015] Die zuvor beschriebene Vorgabe von individuellen Soll-Drehmomenten für die nachfolgenden
Walzgerüste n = 2 bis N in der Walzstraße ist für beliebige Dicken des Stranggutes
realisierbar. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, dass, wenn die Dicke des Stranggutes
am Auslauf des k'ten Walzgerüstes mit 2 ≤ k < N einen vorgegebenen Dickenschwellenwert
unterschreitet, nur den Antrieben der Walzgerüste n = 2 bis k jeweils ein individuelles
Soll-Drehmoment vorzugeben. Den verbleibenden Walzgerüsten n = k+1 bis N wird dann
bei dieser Alternative kein Soll-Drehmoment für die Antriebe der Walzgerüste vorgegeben,
sondern stattdessen wird der Massenfluss hinter dem k-Walzgerüst - in Massenflussrichtung
gesehen - dann mit Hilfe einer gesteuerten Schlingenbildung des Stranggutes konstant
gehalten. Diese alternative Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch nur unter der besagten
Bedingung möglich, dass das Material des Stranggutes eine ausreichende Elastizität
bzw. eine ausreichende Flexibilität für die Schlingenbildung aufweist; diese Elastizität
bzw. Flexibilität wird maßgeblich durch den besagten Dickenschwellenwert des Stranggutes
repräsentiert.
[0016] Zum Steuern der Schlingenbildung wird vorteilhafterweise die jeweils aktuelle Position
der Schlinge des Stranggutes im Hinblick auf eine vorgegebene Soll-Position, d. h.
ein vorgegebenes Soll-Volumen im Schlingenspeicher überwacht.
[0017] Bei Abweichungen werden die Drehzahlen des benachbarten Gerüsts entsprechend korrigiert,
wobei die Korrektur wahlweise auf das davor angeordnete oder das nachfolgende Gerüst
aufgeschaltet werden kann.
[0018] Der Dickenschwellenwert beträgt beispielsweise 40 - 20 mm. Er ist abhängig von den
Materialeigenschaften des Stranggutes beispielsweise von dem Elastizitäts-Modul des
Stranggutes.
[0019] Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Schlupf von zumindest einer der Strangführungsrollen
überwacht wird und wenn erforderlichenfalls gegensteuert wird, wenn die Gefahr eines
Durchdrehens der Schlupf-überwachten Strangführungsrolle erkannt wird.
[0020] Vorteilhafterweise wird die Lage der Sumpfspitze des Stranggutes innerhalb der Strangführung
durch geeignete Variationen von Stellgrößen auf eine vorgegebene Soll-Lage geregelt.
Zu diesem Zweck wird in einem entsprechenden Regelkreis die Regelstrecke, d. h. der
Erstarrungsprozess in der Stranggießmaschine, mittels eines Erstarrungsmodells simuliert.
Die Stellgrößen werden von einem Regler betragsmäßig berechnet und an das Erstarrungsmodell
ausgegeben. Bei den Stellgrößen, welche die Lage der Sumpfspitze beeinflussen können,
handelt es sich insbesondere um die Stärke der Kühlung des Stranggutes in der Gießmaschine,
das Querschnittsformat, insbesondere die Dicke des Stranggutes an bestimmten Stellen
innerhalb und am Ausgang der Strangführung, die Gießgeschwindigkeit sowie die Geometrie
der Gießmaschine.
[0021] Die Geometrie der Gießmaschine spiegelt deren mechanischen Aufbau wider, so zum Beispiel
die Länge, die Position der Rolle, die Ausprägung der Kokille, die Anordnung der Kühlung
usw.
[0022] Im eingeschwungenen Zustand der Gieß-Walz-Anlage schwanken die besagten Stellgrößen,
wenn überhaupt, nur noch sehr wenig. Erfindungsgemäß dienen zwei der besagten Stellgrößen,
konkret die Dicke des Stranggutes am Ausgang der Stranggießmaschine und die Gießgeschwindigkeit,
jeweils im eingeschwungenen Zustand, als Eingabegrößen für das Stichplanmodell. Aus
diesen Eingabegrößen, sowie vorzugsweise zusätzlich nach Maßgabe der gemessenen Dicken
des Stranggutes am Ausgang des ersten und des zweiten Walzgerüstes der Walzstraße
berechnet das Stichplanmodell die Solldrehzahl für den Antrieb des ersten Walzgerüstes
n = 1 und die Soll-Drehmomente für die Antriebe der nachfolgenden Walzgerüste n =
2 bis N, bevor es diese an die Antriebssteuerung für die Antriebe des Walzgerüstes
ausgibt.
[0023] Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Soll-Drehmoment für den Antrieb
der mindestens einen angetriebenen Strangführungsrolle nach Maßgabe des Wertes für
die Dicke des Stranggutes am Ausgang der Strangführung und des Wertes für die Gießgeschwindigkeit,
jeweils im eingeschwungenen Zustand der Gieß-Walz-Anlage, sowie nach Maßgabe des Wertes
für das StrangauszugsSummenmoment und (der Verläufe) der Strangschalendicke und der
Temperatur des Stranggutes innerhalb und am Ausgang der Strangführung von dem Stranggießmaschinen-Antriebsmodell
berechnet und vorgegeben werden.
[0024] Vorteilhafterweise werden die Soll-Drehmomente für die Antriebe der Strangführungsrollen
über der Länge der Strangführung von dem Stranggießmaschinen-Antriebsmodell geeignet
verteilt vorgegeben, und zwar unter Berücksichtigung der Stranggießmaschinengeometrie,
des Strangauszugs-Summenmomentes sowie unter Berücksichtigung (der Verteilung) der
Dicke der Strangschale und der Temperatur des Stranggutes über der Länge der Strangführung.
[0025] Das Strangauszugssummenmoment kann aus der Summe der einzelnen Strangrollenmomente
beim Angießen des Stranges ermittelt werden oder durch das Erstarrungsmodell ermittelt
werden.
[0026] Vorteilhafterweise werden die Soll-Drehmomente von dem Stranggießmaschinen-Antriebsmodell
derart vorgegeben, dass sie in einem ersten Bereich vom Kokillenausgang bis zu der
Ist-Lage der Sumpfspitze des Stranggutes innerhalb der Strangführung betraglich ansteigen
und in einem zweiten Bereich von der Lage der Sumpfspitze bis zur metallurgischen
Länge der Stranggießmaschine betraglich konstant bleiben.
[0027] Schließlich ist es vorteilhaft, dass eine Änderung des Wertes für die Soll-Drehzahl
und / oder der Soll-Werte für die Drehmomente nicht sprungartig, sondern zeitlich
langsam ansteigend oder abfallend, z. B. rampenförmig erfolgt. Auf diese Weise wird
gewährleistet, dass die dynamische Belastung der Antriebe nicht zu groß wird.
[0028] Weiterhin ermöglicht das Verfahren auch die Anpassung der Walzdicken H0 bis HN im
laufenden Betrieb, indem die Einstellung der Gießdicke dynamisch durch eine flexible
Anstellung der Strangführungsrollen erfolgt und zeitgleich die Solldrehmomente angepasst
werden. Diese werden durch die Verknüpfung von Erstarrungsmodell und Stranggießmaschinenantriebsmodell
ermittelt. Die Steuerbefehle z. B. zur Anpassung der Walzdicken werden zeit- und ortgerecht
an die entsprechenden Stützrollanstellungen und deren Antriebe weitergeleitet. Die
Walzstraße erhält durch das Stichplanmodell, das dann mit den entsprechend geänderten
Randbedingungen die Steuergrößen neu ermittelt, ebenfalls zeit- und ortgerecht neue
Sollwerte für Drehzahl, Momente und die Walzdicken H1 bis HN. Somit kann eine Dickenänderung
für das Fertigband erfolgen, ohne dass die Anlage neu angefahren werden muss.
[0029] Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiter vorrichtungstechnisch durch die
gemäß Anspruch 14 beanspruchte Gieß-Walz-Anlage gelöst. Die Vorteile dieser Lösung
entsprechen grundsätzlich den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten
Vorteilen. Wesentlich ist, dass die gesamte Gieß-Walz-Anlage, d. h. insbesondere die
Stichplanmodelleinheit und die Stranggießmaschinen-Antriebsmodelleinheit ausgebildet
ist / sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0030] Die erfindungsgemäße Gieß-Walz-Anlage umfasst vorzugsweise einen Sumpfspitzenregelkreis
zur Regelung der Lage der Sumpfspitze des Stranggutes innerhalb der Strangführung,
eine Schlupf-Erfassungs-Einheit und / oder einen Massenflussregelkreis zur Regelung
des Massenflusses des Stranggutes zwischen zwei, vorzugsweise benachbarten Walzgerüsten
der Walzstraße, wenn das Stranggut dort für eine Schlingenbildung geeignet elastisch
bzw. flexibel ist, beispielsweise, wenn seine Dicke zwischen den Walzgerüsten einen
vorgegebenen Dickenschwellenwert unterschreitet.
[0031] Die Walzstraße kann n=1 bis L Vorgerüste und n = L + 1 bis N Fertigwalzgerüste aufweisen.
In diesem Fall handelt es sich bei dem ersten Walzgerüst der Walzstraße, dem erfindungsgemäß
die Soll-Drehzahl vorgegeben wird, um ein Vorgerüst.
[0032] Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen
Gieß-Walz-Anlage sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0033] Der Erfindung sind insgesamt sechs Figuren beigefügt, wobei
- Figur 1
- eine Gieß-Walz-Anlage gemäß dem Stand der Technik;
- Figur 2
- eine Detailansicht der Gieß-Walz-Anlage aus dem Stand der Technik nach Figur 1;
- Figur 3
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen übergeordneten Synchronisation
der Antriebe von Stranggießmaschine und Walzstraße;
- Figur 4
- ein Erstarrungsmodell zur Berechnung der Lage der Sumpfspitze mit seinen Eingangs-
und Ausgangsgrößen;
- Figur 5
- das Stranggießmaschinen-Antriebsmodell zur Berechnung der Momentenverteilung der Antriebe
der einzelnen angetriebenen Strangführungsrollen innerhalb der Strangführung mit seinen
Eingangs- und Ausgangsgrößen; und
- Figur 6
- ein Beispiel für eine Massenflussregelung mit Hilfe einer gesteuerten Schlingenbildung
des Stranggutes
zeigt.
[0034] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 in Form von
Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
[0035] Figur 3 zeigt das der Erfindung zugrunde liegende Schema zur Ansteuerung der Antriebe
sowohl in der Stranggießmaschine 110 wie auch in der Walzstraße 120. Ausgangspunkt
des erfindungsgemäßen Konzeptes ist ein Regelkreis 130 zur Regelung der Lage der Sumpfspitze
auf eine vorgegebene Soll-Lage X_S_Soll innerhalb der Strangführung 112. Die Soll-Lage
X_S_ Soll entspricht einer vorbestimmten Position der Wegkomponenten x. Der Sumpfspitzen-Regelkreis
130 sieht vor, dass die jeweils aktuelle Ist-Lage der Sumpfspitze 160 mit Hilfe eines
Erstarrungsmodells 134, welches die Regelstrecke des Sumpfspitzen-Regelkreises 130
bildet, simuliert bzw. theoretisch berechnet wird. Die so ermittelte Ist-Lage X_S_
Ist wird mit der vorgegebenen Soll-Lage X_S_ Soll verglichen und eine bei dem Vergleich
eventuell festgestellte Abweichung wird als Regelgröße einem Regler 132 als Eingangsgröße
zugeführt. Der Regler ermittelt dann nach Maßgabe der Regelabweichung sowie auf Basis
einer vorgegebenen Regelstrategie geeignete Werte für bestimmte Stellgrößen 133, die
geeignet sind, die Lage der Sumpfspitze zu beeinflussen. Bei diesen Stellgrößen handelt
es sich insbesondere um die Stärke der Kühlung des Stranggutes innerhalb der Kokille
und / oder innerhalb der Strangführung, d. h. insgesamt innerhalb der Gießmaschine,
um das Querschnittsformat, insbesondere die Dicke h(x) des Stranggutes an bestimmten
Stellen innerhalb und außerhalb der Strangführung, um die Gießgeschwindigkeit V_G
und um die Geometrie der Gießmaschine. Die von dem Regler ermittelten geeigneten Werte
bzw. Veränderungen der Werte werden dem Erstarrungsmodell als Eingangsgrößen 133 zugeführt.
Im eingeschwungenen Zustand der Gieß-Walz-Anlage 100 und insbesondere der Stranggießmaschine
110 ändern sich die besagten Stellgrößen 133, wenn überhaupt, nur noch marginal. Es
wird erwartet, dass die von dem Erstarrungsmodell auf Basis der zugeführten veränderten
Eingangsgrößen neu berechnete Ist-Lage der Sumpfspitze 160 besser an die gewünschte
Soll-Lage adaptiert ist; siehe Fig. 4.
[0036] Zwei dieser Stellgrößen, nämlich die Dicke H0 des Stranggutes 200 am Ausgang der
Strangführung 112 sowie der Wert für die Gießgeschwindigkeit V_G, werden, jeweils
im eingeschwungenen Zustand der Stranggießmaschine 110, dem Stichplanmodell 126 für
die Walzstraße 120 als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Darüber hinaus werden dem Stichplanmodell
vorzugsweise auch die Dicken H1, H2 am Ausgang des ersten und des zweiten Walzgerüstes
als Eingangsgrößen zugeführt. Die Dicken H1 und H2 können vom Stichplanmodell auch
eigenständig ermittelt werden. Dies ist vorteilhaft z. B. möglich unter den Kriterien
der Zieldicke HN und der Belastungsgrenze der Walzgerüste. Das Stichplanmodell 126
berechnet dann nach Maßgabe der besagten Eingangsgrößen zunächst eine Soll-Drehzahl
n1_Soll für den Antrieb 124_1 des ersten Walzgerüstes n1 sowie die Soll-Drehmomente
Mn_Soll für die Antriebe 124_n der übrigen Walzgerüste 122 n2 bis 122_N, sofern in
der Walzstraße 120 vorhanden. Die so berechnete Soll-Drehzahl n1_Soll für den Antrieb
124_1 des ersten Walzgerüstes 122_1 wird dann an die Antriebssteuerung 128 der Walzstraße
ausgegeben, damit diese wiederum den Antrieb 124_1 entsprechend ansteuert. Eventuell
erfolgt die Vorgabe der Soll-Drehzahl für das erste Walzgerüst an die Antriebssteuerung
128 unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes d_n.
[0037] Die Aufschaltung der von dem Stichplanmodell 126 berechneten Soll-Drehmomente Mn_Soll
an die Antriebe 124_n mit 2 < n ≤ N erfolgt grundsätzlich über die Antriebssteuerung
128. Diese Momentenaufschaltung für die Antriebe ist grundsätzlich realisierbar für
beliebig dünne Stranggüten, insbesondere für Stranggüten mit einer Dicke von > 0,6
mm. Diese erste Alternative ist in Figur 3 nicht dargestellt.
[0038] Figur 3 zeigt dagegen eine zweite Alternative für den Fall, dass die Dicke des Stranggutes
hinter einem k-ten Walzgerüst 122_k mit k≥1 einen vorgegebenen dicken Schwellenwert
H_Lim unterschreitet. In diesem Fall kann alternativ zu der ersten Alternative gemäß
einer zweiten Alternative vorgesehen werden, dass die Antriebe 124_n mit k+1 < n ≤
N und mit k≥1 für die Walzgerüste 122_n mit k+1 < n ≤ N nicht mit einem von dem Stichplanmodell
vorgegebenen Soll-Drehmoment beaufschlagt werden, um den Massenfluss auch im Bereich
dieser Walzgerüste entsprechend dem von dem ersten Walzgerüst 122_1 vorgegebenen Massenfluss
konstant zu halten. Stattdessen wird der Massenfluss im Bereich der nachfolgenden
Gerüste dadurch konstant gehalten, dass zumindest zwischen einzelnen dieser Gerüste
eine Schlingenregelung vorgesehen ist.
[0039] Ein Beispiel für einen an sich bekannten Massenflussregelkreis 140 ist in Figur 6
gezeigt, wobei der Massenfluss zwischen zwei Gerüsten mit Hilfe eines Massenflussbeobachters
142 beobachtet bzw. erfasst wird, damit nachfolgend ein Massenflussregler 144 geeignete
Steuersignale an die Antriebssteuerung 128 bzw. den Antrieb des dem Schlingenspeicher
vorgelagerten und / oder nachgelagerten Walzgerüstes 122_n ausgeben kann.
[0040] Wie in Figur 3 weiterhin zu erkennen ist, werden die besagten Stellparameter, das
heißt die Dicke H0 des Stranggutes 200 am Ausgang der Stranggießmaschine 110 sowie
die Gießgeschwindigkeit V_G im eingeschwungenen Zustand nicht nur dem Stichplanmodell
126 für die Walzstraße, sondern auch dem Stranggießmaschinen-Antriebsmodell 115 als
Eingangsgrößen zugeführt. Darüber hinaus empfängt es die von dem Erstarrungsmodell
berechnete Verteilung der Schalendicke f(x), solange das Stranggut noch nicht durcherstarrt
ist entlang der Wegkomponente x, die ebenfalls von dem Erstarrungsmodell berechnete
Dickenverteilung h(x) des Stranggutes 200 entlang der Wegkomponente x sowie das vorgegebene
Summenauszugsmoment M_G, welches der Summe aller Soll-Drehmomente der Einzelantriebe
innerhalb der Strangführung entspricht. Aufgrund dieser Eingangsparameter berechnet
das Stranggießmaschinen-Antriebsmodell 115 geeignete Soll-Drehmomente Mi_Soll für
die einzelnen Antriebe 114_i innerhalb der Strangführung 112. Diese Soll-Werte werden
über die Strangführungsrollen-Antriebssteuerung 117 an die Antriebe 114_i ausgegeben;
siehe auch Figur 5.
[0041] Figur 5 zeigt das besagte Stranggießmaschinen-Antriebsmodell 115 mit seinen Eingangsgrößen,
die es auswertet, um daraus eine geeignete Verteilung der vorzugebenen Soll-Drehmomente
Mi_Soll für die einzelnen Antriebe 114_i innerhalb der Strangführung 112 entlang der
Wegkomponente x zu berechnen. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, steigt der Betrag der
Soll-Drehmomente in x-Richtung zunächst beginnend ab dem Ausgang der Kokille an, bis
auf Höhe der aktuellen Lage der Sumpfspitze X_S_Ist ein vorgegebener Maximalwert erreicht
ist. Dieser maximale Wert für das Drehmoment der Antriebe wird dann innerhalb der
Strangführung bis zum Erreichen von deren metallurgischen Länge L_G beibehalten.
Bezugszeichenliste
[0042]
- 100
- Gieß-Walz-Anlage
- 110
- Stranggießmaschine
- 111
- Kokille
- 112
- Strangführung
- 113_i
- i'te angetriebene Strangführungsrollen
- 113a
- nicht angetriebene Strangführungsrolle
- 114_i
- Antrieb für i'te Strangführungsrolle
- 115
- Stranggießmaschinenantriebsmodell
- 117
- Strangführungsrollenantriebssteuerung
- 118
- Schlupferfassungseinheit
- 120
- Walzstraße
- 122_n
- n'tes Walzgerüst
- 124_n
- Antrieb für Walze des n'ten Walzgerüstes
- 126
- Stichplanmodell
- 128
- Antriebssteuerung
- 129
- Induktivheizung
- 130
- Sumpfspitzen-Regelkreis
- 132
- Regler
- 133
- Stellgrößen (=Eingangsgrößen des Erstarrungsmodells)
- 134
- Regelstrecke = Erstarrungsmodell
- 140
- Massenflussregelkreis
- 142
- Massenflussbeobachter
- 144
- Massenflusssegler
- 160
- Sumpfspitze
- 170
- Kühlstrecke
- 180
- Trenneinrichtung
- 190
- Haspeleinrichtung
- 200
- Stranggut
- d_n
- Korrekturwert für Soll-Drehzahl des ersten Walzgerüstes
- f(x)
- Dicke der Schale des Stranggutes an der Position x
- g(x)
- Temperatur des Stranggutes an der Position x
- h(x)
- Dicke des Stranggutes an der Position x
- H0
- Dicke des Stranggutes am Ausgang der Stranggießmaschine
- H1
- Dicke des Stranggutes am Ausgang des n=1 Walzgerüstes
- H2
- Dicke des Stranggutes am Ausgang des n=2 Walzgerüstes
- Hk
- Dicke des Stranggutes am Ausgang des k'ten Walzgerüstes
- HN
- Dicke des Warmbandes beim Verlassen der Walzstraße
- H_Lim
- vorgegebener Dickenschwellenwert für Stranggut
- i
- Laufparameter der Strangführungsrollen bzw. Nummer eines Walzgerüstes
- k
- Parameter
- L
- Anzahl der Vorgerüste in der Walzstraße
- L_G
- metallurgische Länge der Stranggießmaschine
- M_G
- Summenauszugsmoment
- Mi_Soll
- Soll-Drehmoment für i'te Strangführungsolle
- Mn-Soll
- Soll-Drehmoment für n'tes Walzgerüst
- n
- Laufparameter der Walzgerüste bzw. Nummer eines Walzgerüstes
- N
- Maximalanzahl der Walzgerüste bzw. letztes Walzgerüst in der Walzstraße
- nn_Soll
- Soll-Drehzahl für n'tes Walzgerüst
- n1_Soll
- Soll-Drehzahl für erstes Walzgerüst
- V_G
- Gießgeschwindigkeit
- x
- Wegkoordinate in Gießrichtung = Wegkoordinate in Materialflussrichtung
- X_S_Ist
- Ist-Position der Sumpfspitze
- X_S_Soll
- Sollposition für Lage der Sumpfspitze
1. Verfahren zum Betreiben einer Gieß-Walz-Anlage (100) zum Gießen und Walzen eines endlosen
Stranggutes (200), wobei die Gieß-Walz-Anlage eine Stranggießmaschine (110) und eine
der Stranggießmaschine nachgeordnete Walzstraße (120) umfasst,
wobei die Stranggießmaschine (110) eine Kokille (111), eine der Kokille nachgeordnete
Strangführung (112) mit Strangführungsrollen (113_i), mit mindestens einem Antrieb
(114) zum Antreiben von zumindest einer der Strangführungsrollen (113), ein Stranggießmaschinen-Antriebsmodell
(115) und eine Strangführungsrollenantriebssteuerung (117) aufweist;
wobei die Walzstraße (120) n Walzgerüste (122_n) mit n= 1 bis N aufweist mit jeweiligen
Antrieben (124) für ihre Walzen, ein Stichplanmodell (126) und eine Antriebssteuerung
(128) zum Ansteuern der Antriebe (124) der Walzen; und
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ansteuern des Antriebs (124) für die Walzen des ersten Walzgerüstes (122_1) durch
die Antriebssteuerung (124) im Ansprechen auf eine Sollwertvorgabe des Stichplanmodells
(126); und
Ansteuern des Antriebs (114) der mindestens einen Strangführungsrolle (113) durch
die Strangführungsrollenantriebssteuerung (117) im Ansprechen auf eine Sollwertvorgabe
des Stranggießmaschinenantriebsmodells (115);
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stichplanmodell (126) als Sollwertvorgabe eine Soll-Drehzahl (n1_Soll) für den
Antrieb (124_1) des ersten Walzgerüstes (122_1) der Walzstraße (126) vorgibt; und
dass das Stranggießmaschinenantriebsmodell (115) als Sollwertvorgabe ein Soll-Drehmoment
(Mi_Soll) für den Antrieb (114_i) der mindestens einen angetriebenen Strangführungsrolle
(113_i) vorgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stichplanmodell (126) jeweils ein individuelles Soll-Drehmoment (Mn_Soll) für
die Antriebe (124_n) der Walzen der Walzgerüste n=2 bis N vorgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stichplanmodell (126) jeweils ein individuelles Soll-Drehmoment (Mn_Soll) für
die Antriebe (124) der Walzen der Walzgerüste (122_n) n=2 bis k mit 2≤k<N vorgibt,
wenn die Dicke (Hk) des Stranggutes (200) am Auslauf des k'ten Walzgerüstes einen
vorgegebenen Dickenschwellenwert (H_Lim) unterschreitet; und
dass der Massenfluss - in Materialflussrichtung (x) gesehen - hinter dem k'ten Walzgerüst
dann mit Hilfe einer gesteuerten oder geregelten Schlingenbildung des Stranggutes
(200) konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Steuern der Schlingenbildung die jeweils aktuelle Position der Schlinge des Stranggutes
im Hinblick auf eine vorgegebene Soll-Position überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet der Dickenschwellenwert (H_Lim) am Auslauf des k'ten Walzgerüstes in Abhängigkeit
des Elastizitäts- E-Moduls des Materials des Stranggutes (200) vorgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schlupf von zumindest einzelnen der Strangführungsrollen (113_i) überwacht wird
und dass erforderlichenfalls gegengesteuert wird, wenn die Gefahr eines Durchrutschens
der Strangführungsrolle (113_i), an welcher der Schlupf erfasst wird, besteht.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lage (X_S_Ist) der Sumpfspitze (160) des Stranggutes (200) innerhalb der Strangführung
(112) durch geeignete Variation von Stellgrößen eines Erstarrungsmodells (134) auf
eine vorgegebene Soll-Lage (X_S_Soll) geregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Stellgrößen insbesondere um die Stärke der Kühlung des Stranggutes
(200) in der Gießmaschine (110), das Querschnittsformat, insbesondere die Dicke (h(x))
des Stranggutes (200) an bestimmten Stellen innerhalb und am Ausgang der Strangführung
(112), die Gießgeschwindigkeit (V_G) und die Geometrie der Gießmaschine handelt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Drehzahl (n1_Soll) für den Antrieb (124_1) der Arbeitswalzen des ersten
Walzgerüstes (122_1) n=1 und die Soll-Drehmomente für die Antriebe der Arbeitswalzen
der Walzgerüste (122_n) n=2 bis N nach Maßgabe der Werte für die Dicke (H0) des Stranggutes
am Ausgang der Stranggießmaschine und des Wertes für die Gießgeschwindigkeit (V_G),
jeweils im eingeschwungenen Zustand der Gieß-Walzanlage, sowie vorzugsweise auch nach
Maßgabe der gemessenen Dicken (H1, H2) des Stranggutes (200) am Ausgang des ersten
und des zweiten Walzgerüstes (122_1, 122_2) der Walzstraße (120) von dem Stichplanmodell
(126) berechnet und vorgegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das Soll-Drehmoment (Mi_Soll) für den Antrieb (114-_i) der mindestens einen angetriebenen
Strangführungsrolle (113-_i) nach Maßgabe des Wertes für die Dicke (H0) des Stranggutes
(20) am Ausgang der Strangführung (112) und des Wertes für die Gießgeschwindigkeit
(V-G), jeweils im eingeschwungenen Zustand der Gieß-Walzanlage, sowie nach Maßgabe
des Wertes für das Strangauszugssummenmoment (M_G) und der Verläufe der Schalendicke
(f(x)) und der Temperatur (g(x)) innerhalb und am Ausgang der Strangführung von dem
Stranggießmaschinenantriebsmodell (115) berechnet und vorgegeben werden.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Drehmomente (Mi_Soll) für die Antriebe (114_i) der Strangführungsrollen
über der Länge (x) der Strangführung (112) von dem Stranggießmaschinenantriebs-modell
(115) geeignet verteilt vorgegeben werden, unter Berücksichtigung der Stranggießmaschinengeometrie,
des Strangauszugssummenmomentes (M_G) sowie der Verteilung der Dicke der Strangschale
(f(x)) und der Temperatur (g(x)) über der Länge (x) der Strangführung (112).
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Drehmomente (Mi_Soll) von dem Stranggießmaschinenantriebsmodell (115) derart
vorgegeben werden, dass sie in einem ersten Bereich vom Kokillenausgang bis zu der
Ist-Lage (X_S) der Sumpfspitze (160) des Stranggutes (200) innerhalb der Strangführung
(112) ansteigen und in einem zweiten Bereich von der Sumpfspitze (160) bis zur metallurgischen
Länge (L_G) der Stranggießmaschine (110) konstant bleiben.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Änderung des Wertes für die Soll-Drehzahl (n1_Soll) des ersten Walzgerüstes
(122_1) und/oder der Soll-Werte (Mi_Soll, Mn_Soll) für die Drehmomente der Antriebe
(114_i) der Strangführungsrollen und/oder der Antriebe (124_n) der Walzen der Walzgerüste
(122_n) über zeitliche Rampen erfolgt.
14. Gieß-Walz-Anlage (100) zum Gießen und Walzen eines endlosen Stranggutes (200), wobei
die Gieß-Walz-Anlage aufweist:
eine Stranggießmaschine (110) mit einer Kokille (111), mit einer der Kokille nachgeordneten
Strangführung (112), mit Strangführungsrollen (113_i), mit mindestens einem Antrieb
(114_i) zum Antreiben von zumindest einer der Strangführungsrollen, mit einer Stranggießmaschinenantriebsmodelleinheit
(115) und mit einer Strangführungsrollenantriebssteuerung (117) zum Ansteuern des
Antriebs der mindestens einen Strangführungsrolle im Ansprechen auf eine Sollwertvorgabe
der Stranggießmaschinenantriebsmodelleinheit (115); und
eine Walzstraße (120) mit n Walzgerüsten (122_n) mit n= 1 bis N mit jeweiligen Antrieben
(124_n) für ihre Walzen, mit einer Stichplanmodelleinheit (126) und mit einer Antriebssteuerung
(128) zum Ansteuern der Antriebe (124_n) der Walzen im Ansprechen auf eine Sollwertvorgabe
der Stichplanmodelleinheit (126);
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stichplanmodelleinheit (126) ausgebildet ist, als Sollwertvorgabe eine Soll-Drehzahl
(n1_Soll) für den Antrieb (124_1) des ersten Walzgerüstes (122_1) der Walzstraße (120)
vorzugeben; und
dass die Stranggießmaschinenantriebsmodelleinheit (115) ausgebildet ist,
als Sollwertvorgabe ein Soll-Drehmoment (Mi_Soll) für den Antrieb (114_i) der mindestens
einen angetriebenen Strangführungsrolle (113_i) vorzugeben.
15. Gieß-Walz-Anlage (100) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage, insbesondere die Stichplanmodelleinheit (126) und die Stranggießmaschinenantriebsmodelleinheit
(115), ausgebildet ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-13.
16. Gieß-Walz-Anlage (100) nach einem der Ansprüche 14-15,
gekennzeichnet durch
einen Sumpfspitzen-Regelkreis (130) zur Regelung der Lage (X_S_Ist) der Sumpfspitze
(160) des Stranggutes (200) innerhalb der Strangführung (112) auf eine vorgegebene
Soll-Lage (X_S_Soll) durch geeignete Variation von Stellgrößen (133) eines Erstarrungsmodells (134), welches
die Stranggießmaschine (110) als Regelstrecke repräsentiert.
17. Gieß-Walz-Anlage (100) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Stellgrößen insbesondere um die Stärke der Kühlung des Stranggutes
(200) in der Stranggießmaschine (110), das Querschnittsformat, insbesondere die Dicke
(h(x)) des Stranggutes an bestimmten Stellen innerhalb und am Ausgang der Strangführung
(112), die Gießgeschwindigkeit (V_G) und die Geometrie der Gießmaschine handelt.
18. Gieß-Walz-Anlage (100) nach einem der Ansprüche 14-17,
gekennzeichnet durch
eine Schlupf-Erfassungs- und Korrektur-Einheit (118) zum Erfassen des Ist-Schlupfes
von vorzugsweise jeder angetriebenen Strangführungsrolle (113_i) als Differenz.
19. Gieß-Walz-Anlage (100) nach einem der Ansprüche 14-18,
gekennzeichnet durch
einen Massenfluss-Regelkreis (140) mit einem Massenfluss-Regler (144) zur Regelung
des Ist-Massenflusses zwischen zweien, vorzugsweise benachbarten, der Walzgerüste
(122_n) n=k bis N, mit 2 ≤ k < N, erfasst durch einen Massenfluss-Beobachter (142), auf einen vorgegebenen Soll-Massenfluss durch geeignete Variation der Drehzahl (nn_Soll) von zumindest einem der Antriebe der beiden
Walzgerüste (122_n) oder durch Variation der Dicke (h(x)) des Stranggutes (200) an zumindest einem der beiden Walzgerüste
(122_n).
20. Gieß-Walz-Anlage (100) nach einem der Ansprüche 14-19,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Walzgerüsten (122_n) n=1 bis L um Vorgerüste und bei den Walzgerüsten
n=L+1 bis N um Fertigwalzgerüste handelt.