VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG DER AUSGANGSTEMPERATUREN EINER METALLSCHMELZE WENIGSTENS AN PRIMÄR- UND SEKUNDÄRAGGREGATEN EINES SCHMELZBETRIEBS MIT UMLAUFENDEN GIESSPFANNEN

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten (3, 4) eines Schmelzbetriebs (1) mit umlaufenden Gießpfannen (2), umfassend die Schritte:
Bereitstellen (11) von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) und eines anschließenden Gießbetriebs (5) für jede Gießpfanne (2),
Überwachen (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5),
Ermitteln (13) von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) von den Plandaten,
Erstellen (14) eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),
Anpassen (15) der Vorhersage des Modells wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und/oder Gießbetrieb (5) von den Plandaten ermittelt (13) wurden,
Bestimmen (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate (3,4) und für jede Gießpfanne (2) auf Basis der Vorhersage des Modells (14), und
Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen. Die Erfindung betrifft ein Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0002] Ein Schmelzbetrieb einer metallurgischen Anlage umfasst ein Primäraggregat, in welchem ein Abstich einer Metallschmelze erfolgt. An dem Primäraggregat wird somit eine Pfanne mit der Metallschmelze befüllt. Ferner umfasst der Schmelzbetrieb wenigstens ein Sekundäraggregat. Die in dem Sekundäraggregat ausgeführte Sekundärmetallurgie umfasst beispielsweise Materialzugaben, Vakuumbehandlung, chemisches oder elektrisches Heizen, Temperaturmessungen, Pfannenspülungen oder dergleichen. Nachfolgend zu dem wenigstens einen Sekundäraggregat umfasst der Schmelzbetrieb ferner die Abgabe an einen Gießbetrieb, wobei die in einer Pfanne enthaltene Metallschmelze an eine nachfolgende Produktionsanlage abgegeben wird, beispielsweise über einen Zwischenbehälter in die Kokille einer Stranggießanlage. Ferner kann der Schmelzbetrieb noch weitere Stationen umfassen, wie beispielsweise eine Pfannenleerung, eine Pfannenwartung, eine Feuerfestzustellung und/oder eine Pfannenbeheizung.

[0003] Den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs, insbesondere den Primär- und Sekundäraggregaten sowie dem Gießbetrieb sind jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet. Die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen hängen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs ab. Um geeignete Gießbedingungen zu gewährleisten, ist es jedoch wesentlich, dass die Metallschmelze insbesondere im Gießbetrieb innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegt. Die Temperatur der Metallschmelze hängt dabei von vielen Faktoren ab, wie der Ausgangstemperatur am Primäraggregat, Temperaturänderungen in dem wenigstens einen Sekundäraggregat, Gießparameter im Gießbetrieb, Transport- und Wartezeiten zwischen den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs, Pfannentemperatur am Primäraggregat, thermischer Pfannenzustand, einer eventuell vorhandenen Pfannenabdeckung und deren Zustand und vergleichbaren äußeren Einflüssen auf die Temperatur der Metallschmelze.

[0004] Es werden für die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen auf Basis eines Produktionsplans vorgegeben. Dabei handelt es sich jedoch um statische Werte, welche beispielsweise nicht den thermischen Zustand einer Gießpfanne berücksichtigen. Dieser wird beispielsweise von einem Bediener eingeschätzt, welcher die vorgegebenen Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen mit einem Offset versieht, um den Zustand der Gießpfanne zu berücksichtigen. Ferner kann es im Prozessablauf des Schmelzbetriebs zu Abweichungen kommen, welche unberücksichtigt bleiben oder manuell erfasst werden müssen. Die Abweichungen im Prozessablauf des Schmelzbetriebs betreffen beispielsweise Änderungen in der Gießgeschwindigkeit im Gießbetrieb, geänderte Transport- und Wartezeiten von Gießpfannen, Ausfälle von Aggregaten, defekte Pfannendeckel, oder dergleichen.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Prozess in einem Schmelzbetrieb zu optimieren, insbesondere bei auftretenden Änderungen im Anlagen- und/oder Aggregatzustand oder im Prozessablauf.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

[0007] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen,

wobei der Schmelzbetrieb wenigstens die folgenden Stationen umfasst: ein Primäraggregat, wenigstens ein Sekundäraggregat, und die Abgabe an einen Gießbetrieb, wobei den Primär- und Sekundäraggregaten und dem Gießbetrieb jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet ist, wobei die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs abhängen,

umfassend die Schritte:

Bereitstellen von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs und des Gießbetriebs für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,

Überwachen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb, insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,

Ermitteln von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb von den Plandaten für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs,

Erstellen eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs, wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb basiert,

Anpassen der Vorhersage des Modells, wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelz- und/oder Gießbetrieb von den Plandaten ermittelt wurden,

Bestimmen von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs auf Basis der Vorhersage des Modells, und

Anpassen der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für den Gießbetrieb.

[0008] Die Plandaten basieren auf einem vorgegebenen Produktionsplan und enthalten die wesentlichen Parameter für die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs und des Gießbetriebs für jede in dem Schmelzbetrieb befindliche Gießpfanne. Die Plandaten setzen also den vorgegebenen Produktionsplan in dem Schmelzbetrieb um.

[0009] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Prozessverlauf im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb überwacht. Die Überwachung umfasst beispielsweise eine Messung der Schmelzenanalyse und der Schmelzentemperatur, eine Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne im Schmelzbetrieb oder andere wesentliche Parameter für den Prozessablauf im Schmelzbetrieb, wie Transport- und Wartezeiten von Gießpfannen, Unregelmäßigkeiten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs, und dergleichen.

[0010] Nachfolgend können Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb von den Plandaten für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs ermittelt werden.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert insbesondere auf dem Schritt des Erstellens eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Pfanne des Schmelzbetriebs. Es wird also erfindungsgemäß anhand eines Modells vorhergesagt, welche Temperatur eine Metallschmelze in einer Gießpfanne hat und zusätzlich welche Temperatur der Pfannenkörper an den einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs aufweist. Die Vorhersage basiert auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb.

[0012] Wenn in dem zuvor genannten Schritt Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb von den Plandaten für eine Gießpfanne des Schmelzbetriebs ermittelt wurden, wird die Vorhersage angepasst. Durch die kontinuierliche Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb und der Ermittlung von Abweichungen von den Plandaten, wird die Vorhersage stets aktualisiert, wenn Abweichungen auftreten. Somit werden automatisch Änderungen im Prozessverlauf des Schmelzbetriebs erkannt und bei der Vorhersage des Modells berücksichtigt.

[0013] Auf Basis der Vorhersage des Modells werden Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs bestimmt. Wenn die Metallschmelze in der jeweiligen Gießpfanne die mittels des Modells vorhergesagten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs einhält, können die gemäß Produktionsplan geforderten Produkte in der metallurgischen Anlage hergestellt werden.

[0014] Um die Einhaltung der mittels der Vorhersage des Modells bestimmten Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen zu gewährleisten, werden die Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs angepasst. In dem Primäraggregat kann beispielsweise die Abgabetemperatur der Metallschmelze an die Gießpfanne angepasst werden, damit die Metallschmelze die Eingangssolltemperatur des ersten Sekundäraggregats einhält, insbesondere unter Berücksichtigung von Transport- und Wartezeiten, Wärmeverlusten, dem thermischen Pfannenzustand und dergleichen. Werden die vorgenannten Variablen berücksichtigt, ergibt sich eine entsprechende Ausgangssolltemperatur für die vorgelagerte Station des Schmelzbetriebs. Dies erfolgt vorzugsweise in vorausschauender Betrachtung für alle Gießpfannen des Schmelzbetriebs, unabhängig von deren aktuellen Standort innerhalb des Schmelzbetriebs. Bei dem wenigstens einen Sekundäraggregat kann beispielsweise das chemische oder elektrische Heizen angepasst werden, um die Ausgangstemperatur der Metallschmelze für das Sekundäraggregat anzupassen.

[0015] Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ausgangstemperatur des Primäraggregats die Temperatur der Metallschmelze im Primäraggregat bei Abstichbeginn. Die Ausgangstemperatur von Sekundäraggregaten ist die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Behandlungsende.

[0016] Entsprechend ist die Eingangstemperatur eines Sekundäraggregats die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Behandlungsbeginn und die Eingangstemperatur des Gießbetriebs ist die Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne bei Öffnung der Gießpfanne für das Gießen.

[0017] Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird also der Prozessablauf im Schmelzbetrieb und Gießbetrieb kontinuierlich überwacht. Auf Basis der Überwachung wird ein Modell zur Vorhersage des Prozessablaufs in dem Schmelzbetrieb erstellt. Bei Abweichungen des Prozessablaufs von vorgegebenen Plandaten, wird die Vorhersage des Modells angepasst und auf Basis dessen werden entsprechende Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen für die Stationen des Schmelzbetriebs bestimmt. Anschließend werden die Ausgangstemperaturen der Stationen angepasst, so dass die tatsächlichen Eingangstemperaturen und Ausgangstemperaturen des Prozesses in dem Schmelzbetrieb die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen erfüllen. Dies erfolgt vorzugsweise kontinuierlich und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs.

[0018] Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren Änderungen bei der Sequenzlänge im Gießprozess durch die Vorgabe geänderter Abgabetemperaturen an den Gießbetrieb berücksichtigen.

[0019] Nach einer erfindungsgemäßen Variante umfassen die Plandaten: Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne an den Gießbetrieb, oder dergleichen.

[0020] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung berücksichtigt das Modell bei der Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne. Der thermische Zustand einer Gießpfanne ergibt sich dabei insbesondere aus der Historie der Nutzung der Gießpfanne in dem Schmelzbetrieb, so dass die Nutzung der Gießpfannen des Schmelzbetriebs überwacht und gespeichert wird, um daraus den thermischen Zustand der einzelnen Gießpfannen des Schmelzbetriebs abzuleiten.

[0021] Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung bestimmt das Modell die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Pfanne des Schmelzbetriebs in Echtzeit und macht eine entsprechende Vorhersage. Dabei werden insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper kann der Temperaturverlauf für jede Pfanne des Schmelzbetriebs abgebildet werden, um so die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen für die Stationen des Schmelzbetriebs einzuhalten.

[0022] Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung basiert das Modell auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb. Dabei können auch künstliche Intelligenzen, neuronale Netzwerke oder vergleichbare Algorithmen zum Einsatz kommen. Insbesondere basiert die Simulation auf selbstlernenden Algorithmen, so dass sich die Genauigkeit der Simulation zur Erstellung des Modells kontinuierlich verbessert.

[0023] In einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Anpassen der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär- und/oder Sekundäraggregaten zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und/oder des nachfolgenden Gießbetriebs.

[0024] Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Aktualisieren der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs, insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb, Ausfall von Aggregaten, Ausfall von Gießsträngen, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten. Sofern die vorgenannten Änderungen nicht durch eine Anpassung der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs aufgefangen werden können, um die Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs sowie für den Gießbetrieb zu gewährleisten, werden die Plandaten aktualisiert, um mit anderen Produktionsprozessen fortzufahren.

[0025] Nach einer erfindungsgemäßen Variante berücksichtigt das Modell bei der Bestimmung von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr von der Gießpfanne bis Eintritt in die Kokille mit einem eventuell vorhandenen Zwischenbehälter, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende. Die Wärmeverluste zwischen Gießpfanne und Kokilleneintritt werden durch Modelle oder Temperaturmessungen ermittelt und deren Ergebnisse werden zyklisch für die weitere Nutzung zur Verfügung gestellt.

[0026] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Bestimmen der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs für eine Gießpfanne den aktuellen Standort der Gießpfanne im Schmelzbetrieb, wobei nur die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate angepasst werden. In Abhängigkeit von dem aktuellen Standort einer Gießpfanne bestimmt das Verfahren nur für nachfolgende Stationen des Schmelzbetriebs eine Anpassung der Ausgangssolltemperatur, da die Ausgangssolltemperaturen für die vorherigen Stationen nicht mehr umsetzbar sind.

[0027] Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne an den Gießbetrieb, wenn keine Anpassung der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten mehr möglich ist. Somit kann beispielsweise der Gießbetrieb die vorhergesagte Temperatur berücksichtigen und Anpassungen vornehmen, um Probleme zu vermeiden oder zumindest zu verringern.

[0028] Nach einer erfindungsgemäßen Variante erfolgt die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Pfannen im Schmelzbetrieb anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats. Stationen des Schmelzbetriebs nach der Pfannenleerung und vor dem Primäraggregat sind beispielsweise eine Pfannenwartung, Feuerfestzustellung und/oder Pfannenbeheizung. An dem Primäraggregat wird die leere Pfanne mit Metallschmelze gefüllt und nachfolgend zum ersten Sekundäraggregat weitergeleitet.

[0029] In einer bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Festlegen einer Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat.

[0030] Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung berücksichtigt das Modell bei der Vorhersage: Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen, Abdecken von Gießpfannen, Heizen leerer Gießpfannen oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen und Temperaturen der Pfannenkörper.

[0031] Nach einer Variante der Erfindung erfolgt das Anpassen der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts. Dadurch werden unnötige Anpassungen vermieden. Der Toleranzwert ist dabei so gewählt, dass Anpassungen erst durchgeführt werden, wenn die Anpassungen einen tatsächlichen positiven Effekt aufweisen.

[0032] In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung erstellt das Modell zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs eine Anpassung der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs erfolgt. Das Verfahren berücksichtigt also, an welcher Station die Temperatur der Schmelze angepasst wird, um die erforderlichen Ausgangstemperaturen zu erreichen und gleichzeitig die benötigte Energie zu minimieren. Entsprechend der energetischen Optimierung bestimmt das Modell Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate des Schmelzbetriebs und für jede Gießpfanne des Schmelzbetriebs.

[0033] Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn das Modell ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur. Beispielsweise kann aufgrund der Warnmeldung ein Gießvorgang abgebrochen werden, um Beschädigungen oder Störungen in einem nachfolgenden Produktionsschritt aufgrund der zu geringen Gießtemperatur zu vermeiden.

[0034] Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn sich durch das Anpassen der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats die Verweilzeit in dem entsprechenden Sekundäraggregat verlängert.

[0035] In einer erfindungsgemäßen Variante berechnet das Modell in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans. Die Berechnung erfolgt dabei insbesondere für jede in dem Schmelzbetrieb befindliche Gießpfanne. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Temperaturen in dem Schmelzbetrieb, insbesondere Temperaturen der Metallschmelze in den einzelnen Gießpfannen, Temperaturen der einzelnen Gießpfannen und dergleichen.

[0036] Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell abgeleitet wird. Ist der Pfannenwärmezustand zu niedrig wird die Ausgangssolltemperatur des Primäraggregats um die berechnete Temperaturdifferenz erhöht, die für die kältere Pfanne zu erwarten ist.

[0037] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

[0038] Generell bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:

• Energieeinsparungen an Primär- und/oder Sekundäraggregaten
• Vermeidung von Pfannenrückläufern
• Vermeidung von Gießabbrüchen
• Reproduzierbares kleines Gießfenster

  ∘ Erhöhung der Produktqualität

  ∘ beim Stranggießen: Gießen mit maximaler Geschwindigkeit → erhöhter Durchsatz

[0039] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Ansicht eines Schmelzbetriebs mit mehreren aufeinanderfolgenden Stationen und umlaufenden Gießpfannen,

Fig. 2

ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten eines Schmelzbetriebs mit umlaufenden Gießpfannen,

Fig. 3

ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4

ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Primäraggregat, und

Fig. 5

ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Sekundäraggregat.

[0040] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schmelzbetriebs 1 mit mehreren Stationen und umlaufenden Gießpfannen 2. Die mehreren Stationen umfassen gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Primäraggregat 3, n Sekundäraggregate 4, die Abgabe an einen Gießbetrieb 5, eine Pfannenleerung 6, eine Pfannenwartung 7, eine Feuerfestzustellung 8 und eine Pfannenbeheizung 9. Die Gießpfannen 2 durchlaufen sequentiell die einzelnen Stationen des Schmelzbetriebs 1, mit der Ausnahme der Pfannenwartung 7 bzw. Feuerfestzustellung 8, welche alternativ zueinander durchlaufen werden. Wenigstens dem Primäraggregat 3, den Sekundäraggregaten 4 und dem Gießbetrieb 5 sind jeweils Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet, welche von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs 5 abhängen.

[0041] Ziel ist es, in einem Schmelzbetrieb 1 mit umlaufenden Gießpfannen 2, die Abgabetemperaturen der Metallschmelze an dem Primäraggregat 3 und den Sekundäraggregaten 4 im Hinblick auf den thermischen Zustand der jeweils eingesetzten Gießpfanne 2 sowie Abweichungen zum geplanten Prozessverlauf anzupassen. Üblicherweise existieren für jede eingesetzte Gießpfanne 2 Plandaten bezüglich der Prozessroute. Diese umfassen neben Transport-/Wartezeiten und sekundärmetallurgischen Behandlungen auch Vorgaben hinsichtlich Abgabetemperatur und Abgabezeitpunkt der Metallschmelze an den Gießbetrieb 5, welche sich aus der herzustellenden Werkstoffgüte sowie bei anschließendem Stranggießbetrieb aus der Planung der jeweiligen Gießsequenz ergeben. Die auftretenden Temperaturverluste der enthaltenen Metallschmelze über den Pfannenkörper, die sich im Laufe der Prozessroute zwischen Abstich am Primäraggregat 3 und Abgabe der Metallschmelze an den Gießbetrieb 5 ergeben, hängen dabei u.a. vom thermischen Zustand der eingesetzten Gießpfanne 2 sowie der Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper ab.

[0042] Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 10 zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze an wenigstens einem Primäraggregat 3 und wenigstens einem Sekundäraggregat 4 eines Schmelzbetriebs 1 mit umlaufenden Gießpfannen 2.

[0043] Gemäß dem Ablaufdiagramm aus Fig. 2 umfasst das erfindungsgemäße Verfahren 10 wenigstens die folgenden Schritte:

Bereitstellen 11 von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs 1 und des Gießbetriebs 5 für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,

Überwachen 12 des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5, insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,

Ermitteln 13 von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5 von den Plandaten für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1,

Erstellen 14 eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1, wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten Plandaten und der Überwachung des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5 basiert,

Anpassen 15 der Vorhersage des Modells, wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und/oder Gießbetrieb 5 von den Plandaten ermittelt 13 wurden,

Bestimmen 16 von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primäraggregate 3 und Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 auf Basis der Vorhersage des Modells, und

Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primäraggregate 3 und/oder Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 zur Einhaltung der bestimmten 16 Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für den Gießbetrieb 5.

[0044] Die Plandaten umfassen insbesondere Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne 2 an den Gießbetrieb 5, oder dergleichen.

[0045] Das erstellte 14 Modell berücksichtigt bei der Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne 2. Das Modell bestimmt und sagt beispielsweise die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 in Echtzeit vorher, wobei insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt werden.

[0046] Zweckmäßigerweise basiert das Modell auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1.

[0047] Das Modell kann bei der Bestimmung 16 von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne 2 auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr bis zum Kokilleneintritt (z.B. über einen eventuell vorhandenen Zwischenbehälter) berücksichtigen, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende.

[0048] Ferner kann das Modell bei der Vorhersage Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen 2, Abdecken von Gießpfannen 2, Heizen leerer Gießpfannen 2 oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper berücksichtigen.

[0049] Das Anpassen 17 der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär-und/oder Sekundäraggregaten 3, 4 zur Einhaltung der bestimmten Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate 4 des Schmelzbetriebs 1 und für den Gießbetrieb 5.

[0050] Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner den Schritt des Aktualisierens der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs 1 für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1 umfassen, insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb 5, Ausfall von Aggregaten 3, 4, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten.

[0051] Die Bestimmung 16 der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 für eine Gießpfanne 2 berücksichtigt zweckmäßigerweise den aktuellen Standort der Gießpfanne 2 im Schmelzbetrieb 1 und passt die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 an.

[0052] Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne 2 an den Gießbetrieb 5 umfassen, wenn keine Anpassung 17 der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten 3, 4 mehr möglich ist.

[0053] Die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen 2 und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Gießpfannen 2 im Schmelzbetrieb 1 erfolgt insbesondere anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat 4 nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats 3.

[0054] Ferner kann die Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat 3 festgelegt werden.

[0055] Das Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt zweckmäßigerweise erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts.

[0056] Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung erstellt das Modell zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs 1, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs 1 eine Anpassung 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 erfolgt. Entsprechend der energetischen Optimierung bestimmt 16 das Modell Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate 3, 4 des Schmelzbetriebs 1 und für jede Gießpfanne 2 des Schmelzbetriebs 1.

[0057] Das erfindungsgemäße Verfahren 10 kann ferner eine Warnmeldung für eine Produktionsplanung erzeugen, wenn das Modell ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs 5 feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur. Eine weitere Warnmeldung für die Produktionsplanung kann erzeugt werden, wenn sich durch das Anpassen 17 der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats 4 die Verweilzeit an dem entsprechenden Sekundäraggregat 4 verlängert.

[0058] Das Modell berechnet vorzugsweise in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans.

[0059] Ferner umfasst das Verfahren 10 in einer Ausführungsform das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell abgeleitet wird.

[0060] Vorzugweise wird das Verfahren 10 durch ein Computerprogramm implementiert, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren 10 auszuführen.

[0061] Das erfindungsgemäße Verfahren 10 ist in der Lage die Temperaturen (und somit die Wärmeinhalte) der Metallschmelze und des Pfannenkörpers jeder im Umlauf befindlichen Gießpfanne 2 eines Schmelzbetriebes 1 in Echtzeit zu berechnen, sowie für bestimmte Zeitpunkte in der Zukunft auf Basis von Plandaten und des jeweiligen Pfannenwärmezustands vorauszusagen.

[0062] Eine Anpassung der Ausgangssolltemperaturen an Primäraggregaten 3 und Sekundäraggregaten 4 kann im Online-Modus (zur Überwachung der laufenden Produktion) und/oder im Offline-Modus (zur Produktionsplanung) erfolgen.

[0063] Im Folgenden wird beispielshaft eine Anpassung im Online-Modus mit Bezug auf das in Fig. 3 abgebildete Flussdiagramm beschrieben.

[0064] Für jede im Umlauf befindliche Gießpfanne 2 erfolgt eine regelmäßige Aktualisierung des Ist-Zustands (z.B. jede Minute). Dies erfolgt durch eine Überwachung 12 des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb 1 und Gießbetrieb 5. Dabei werden aktuelle Prozessparameter sowie ggf. Messungen der Schmelzenanalyse und -temperatur berücksichtigt. Ebenfalls regelmäßig (z.B. alle drei Minuten) soll für jede im Umlauf befindliche Gießpfanne 2 eine Vorausberechnung auf Basis des Pfannenwärmezustands und aktueller Plandaten erfolgen. Die Plandaten werden dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 bereitgestellt 11. Die Aktualisierung der Plandaten ist notwendig, da durch Verzögerungen, z.B. Änderungen im Gießbetrieb 5 oder den Ausfall von Aggregaten, geänderte Temperaturen und Zeiten zu berücksichtigen sind. Ändert sich die Öffnungszeit der Pfanne 2 für den Gießbetrieb 5, so sind in den davorliegenden Aggregaten die Ausgangstemperaturen anzupassen. Das gleiche gilt, wenn beim Stranggießen die Entleerungszeit der Pfanne 2 als Folge einer geänderten Gießgeschwindigkeit geändert wird. Es sind immer die Änderungen gegenüber der Planung aus vorherigen und zukünftigen Prozessabläufen zu berücksichtigen.

[0065] Das vom erfindungsgemäßen Verfahren 10 erstellte 14 Modell gibt für eine Prozesssteuerung neue Solltemperaturen vor, wenn Abweichungen vom geplanten Prozessablauf vorliegen. Basis hierfür ist das Einhalten der zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen der Pfanne 2. Beim Stranggießen muss zudem bei Gießende (bis der Zwischenbehälter fast entleert ist) die Sollgießtemperatur eingehalten werden. Daher sind die Temperaturverluste der Schmelze bis Eintritt in die Kokille (z. B über einen Zwischenbehälter), die zu einer Reduzierung der Gießtemperatur führen, zu berücksichtigen.

[0066] Für eine Gießpfanne 2, die sich gerade in sekundärmetallurgischer Behandlung befindet, ist die Solltemperatur der enthaltenen Schmelze bei Ankunft am Folgeaggregat von Relevanz. Bei einer mit Schmelze gefüllten Gießpfanne 2, die sich gerade in einer Transportphase befindet, ist hingegen die Solltemperatur der enthaltenen Schmelze bei Ankunft am übernächsten Aggregat relevant, da für den Bediener hinsichtlich der Schmelzentemperatur bei Ankunft am Folgeaggregat keine Beeinflussungsmöglichkeiten mehr bestehen. Nummeriert man also das vorige Aggregat gemäß der Reihenfolge in der Prozessroute mit i und geht davon aus, dass für jedes sekundärmetallurgische Aggregat i die Eingangs- und Ausgangssolltemperaturen mit den Nummern 2i-1 und 2i existieren, so ist für mit Schmelze gefüllte Gießpfannen die Solltemperatur der Schmelze T_Soll=T_Soll,2i+3 relevant, also die angestrebte Eingangstemperatur am übernächsten Aggregat. Um T_Soll,2i+3 zu erreichen, soll die Ausgangstemperatur T_Soll,2i+2 bei Bedarf angepasst werden und eine Rückgabe an den Bediener erfolgen, sodass sich darauf basierend die erforderlichen Heizbedarfe am Aggregat i+1 ermitteln lassen. Für den Fall, dass gemäß aktueller Planung das letzte sekundärmetallurgische Aggregat n auf der Prozessroute bereits passiert wurde, ist eine Anpassung von Solltemperaturen nicht mehr sinnvoll, da seitens des Bedieners keine Beeinflussungsmöglichkeiten mehr bestehen. In diesem Fall soll durch die Vorausberechnung eine prognostizierte Schmelzentemperatur T_Prognose zum Zeitpunkt der geplanten Abgabe an den Gießbetrieb 5 ermittelt werden und dem Bediener als Indikation zur Verfügung gestellt werden, sodass sich evtl. Gießabbrüche infolge einer zu kalten Schmelze im Vorhinein vermeiden lassen. Für leere im Umlauf befindliche Gießpfannen 2 bzw. für solche, die bereits für den Gießbetrieb 5 geöffnet wurden, soll die Vorausberechnung anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten sekundärmetallurgischen Aggregat 4 nach dem nächsten Abstich erfolgen. Basierend auf der Eingangssolltemperatur T_Soll,1 am ersten Sekundäraggregat 4 kann so eine Ausgangssolltemperatur T_Soll,0 für das Primäraggregat festgelegt werden. Bei allen Vorausberechnungen dieser Art sollen Einflüsse auf die Schmelzentemperatur wie Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen bzw. das Spülen und eine evtl. Abdeckung der Pfanne 2 berücksichtigt werden.

[0067] Auf Basis der Vorausberechnung ergibt sich eine prognostizierte Schmelzentemperatur T_Prognose bei Ankunft am übernächsten Aggregat. Gegenüber der zugehörigen Solltemperatur besteht möglicherweise eine Abweichung ΔT. Ist dieses ΔT betragsmäßig größer als ein vordefinierter Toleranzwert TOL (z.B. 3°C), wird die vorhergehende Solltemperatur durch ΔT modifiziert und ein aktualisierter Wert für T_Prognose ermittelt. Letzteres wird iterativ so oft wiederholt, bis |ΔT|<TOL oder eine maximal zulässige Anzahl an Iterationen erreicht wurde. Als Ergebnis des Verfahrens 10 wird dem Bediener dann entweder eine aktualisierte Solltemperatur oder (nach Passieren des letzten sekundärmetallurgischen Aggregats 4) die prognostizierte Schmelzentemperatur bei Abgabe an den Gießbetrieb 5 zurückgegeben.

[0068] Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren 10 eine energetische Optimierung der Ausgangssolltemperaturen an Primär- und Sekundäraggregaten 3,4 umfassen. Für den Fall einer oben beschriebenen Verzögerung im Gießverlauf werden für eine leere Pfanne 2 vor Abstich, für die eine sekundärmetallurgische Behandlung mit Heizmöglichkeit eingeplant ist, zwei Varianten berechnet, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren:

• Erhöhung der Ausgangssolltemperatur T_Soll,0 am Primäraggregat 3 um ΔT₀;
• Erhöhung der Ausgangssolltemperatur T_Soll,2 am Sekundäraggregat 4 um ΔT₂.

[0069] Unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade der Energieeinbringung an Primär- und Sekundäraggregat 3, 4 η0 und η2 wird diejenige Variante mit dem geringeren Energieeintrag E(ΔT,η) vorgeschlagen.

[0070] Zeigt die Simulation beim Stranggießen, dass die Schmelze infolge ungünstiger Gießbedingungen, wie beispielsweise zu niedriger Gießgeschwindigkeit oder eines Strangausfall, so schnell abkühlt, dass die zulässige Gießtemperatur unterschritten wird, wird eine Meldung mit dem zu erwartenden Zeitpunkt der Unterschreitung erzeugt und an eine Produktionsplanung geleitet. Nun kann geprüft werden, ob durch eine frühere Bereitstellung einer neuen Pfanne 2 ein Gießabbruch zu vermeiden ist.

[0071] Zeigt die Simulation Abweichungen von einer Sollanalyse, wird mit der chemischen Zusammensetzung der Ist-Analyse die neue Liquidus- und Solidustemperatur berechnet. Diese Temperaturen werden für die Ermittlung der Gießtemperaturen benötigt.

[0072] Fig. 4 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Primäraggregat 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 10.

[0073] Für den Fall, dass beispielsweise im Stranggießbetrieb die Gießgeschwindigkeit gegenüber der ursprünglichen Planung abgesenkt wird, ergibt sich für die momentan geöffnete Gießpfanne 2 eine größere Entleerungsdauer und für die darauffolgenden Gießpfannen 2 verspätete Abgabezeitpunkte. Die Solltemperatur bei Abgabe an den Gießbetrieb 5 bleibt jedoch identisch. Bei Nichtverfügbarkeit eines sekundärmetallurgischen Aggregats 4 mit Heizmöglichkeit wird für leere Gießpfannen 2 in diesem Fall gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausgangssolltemperatur T_Soll,0 um den Betrag ΔT₀ angehoben, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren.

[0074] Bessere Gießbedingungen sind erreichbar, wenn die Schmelzentemperatur beim Schließen der Pfanne 2 als Zieltemperatur berücksichtigt wird und die Abgabetemperatur der Schmelze an den Gießbetrieb 5 aus der Zieltemperatur berechnet wird. So werden zu erwartende gießgeschwindigkeitsabhängige Temperaturverluste während des Leerens der Pfanne 2 berücksichtigt.

[0075] Werden zusätzlich die Gießtemperaturen und die Temperaturverluste der Schmelze vom Pfannenaustritt bis Kokilleneintritt (z.B. über einen Zwischenbehälter) berücksichtigt, kann die Zieltemperatur vom Modell bei Abweichungen von der geplanten Prozessführung vorgegeben und alle Solltemperaturen der vorherigen Aggregate berechnet werden.

[0076] Fig. 5 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm bezüglich einer Anpassung der Ausgangssolltemperatur an einem Sekundäraggregat 4 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 10.

[0077] Für den Fall, dass bei der oben beschriebenen Verzögerung im Gießverlauf für eine mit Metallschmelze gefüllte Gießpfanne 2 vor Abgabe an den Gießbetrieb 5 noch eine sekundärmetallurgische Behandlung mit Heizmöglichkeit eingeplant ist, wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 10 die Abgabetemperatur T_Soll,2 am sekundärmetallurgischen Aggregat 4 um den Betrag ΔT₂ angehoben, um die zusätzlichen Temperaturverluste durch die außerplanmäßige Wartezeit zu kompensieren.

Bezugszeichenliste

[0078] 

1

Schmelzbetrieb

2

Gießpfannen

3

Primäraggregat

4

Sekundäraggregat

5

Abgabe an Gießbetrieb

6

Pfannenleerung

7

Pfannenwartung

8

Feuerfestzustellung

9

Pfannenbeheizung

10

Verfahren

11

Bereitstellen von Plandaten

12

Überwachen des Prozessverlaufs

13

Ermitteln von Abweichungen

14

Erstellen eines Modells

15

Anpassen der Vorhersage

16

Bestimmen von Solltemperaturen

17

Anpassen von Ausgangstemperaturen

Ansprüche

1. Verfahren (10) zur Optimierung der Ausgangstemperaturen einer Metallschmelze wenigstens an Primär- und Sekundäraggregaten (3,4) eines Schmelzbetriebs (1) mit umlaufenden Gießpfannen (2),

wobei der Schmelzbetrieb (1) wenigstens die folgenden Stationen umfasst: ein Primäraggregat (3), wenigstens ein Sekundäraggregat (4) und die Abgabe an einen Gießbetrieb (5), wobei den Primär- und Sekundäraggregaten (3,4) und dem Gießbetrieb (5) jeweils eine Eingangssolltemperatur und/oder eine Ausgangssolltemperatur zugeordnet ist, wobei die Eingangssolltemperaturen und Ausgangssolltemperaturen von der herzustellenden Werkstoffgüte und ggf. der jeweiligen Gießsequenz des Gießbetriebs (5) abhängen,

umfassend die Schritte:

Bereitstellen (11) von Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) und des Gießbetriebs (5) für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),

Überwachen (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5), insbesondere Messung der Schmelzenanalyse und Schmelzentemperatur und/oder Bestimmung der aktuellen Position für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),

Ermitteln (13) von Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) von den Plandaten für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1),

Erstellen (14) eines Modells zur Bestimmung und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1), wobei die Vorhersage auf den bereitgestellten (11) Plandaten und der Überwachung (12) des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und Gießbetrieb (5) basiert,

Anpassen (15) der Vorhersage des Modells wenn Abweichungen des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) und/oder Gießbetrieb (5) von den Plandaten ermittelt (13) wurden,

Bestimmen (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) und für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1) auf Basis der Vorhersage des Modells (14), und

Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) zur Einhaltung der bestimmten (16) Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate (4) des Schmelzbetriebs (1) und für den Gießbetrieb (5).

2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei die Plandaten Transport- und Wartezeiten, sekundärmetallurgische Behandlungen, Vorgaben zur Abgabetemperatur und zum Abgabezeitpunkt der Metallschmelze in einer Gießpfanne (2) an den Gießbetrieb (5), oder dergleichen umfassen.

3. Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Modell (14) bei der Bestimmung (16) und Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper den thermischen Zustand und die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Pfannenkörper jeder einzelnen Gießpfanne (2) berücksichtigt.

4. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Modell (14) die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1) in Echtzeit bestimmt (16) und vorhersagt, wobei insbesondere Korrekturen auf Basis gemessener Temperaturen berücksichtigt werden.

5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Modell (14) auf einer Simulation des Prozessverlaufs im Schmelzbetrieb (1) basiert.

6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend das Anpassen (17) der Ausgangstemperatur der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) durch Anpassen der Wärmezufuhr in den Primär-und/oder Sekundäraggregaten (3,4) zur Einhaltung der bestimmten (16) Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Sekundäraggregate (4) des Schmelzbetriebs (1) und/oder des nachfolgenden Gießbetriebs (5).

7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Aktualisieren der Plandaten bezüglich der Stationen des Schmelzbetriebs (1) für jede Gießpfanne (2) des Schmelzbetriebs (1), insbesondere bei Änderungen im Gießbetrieb (5), Ausfall von Aggregaten, Ausfall von Gießsträngen, geänderten Temperaturen oder Transport- und Wartezeiten.

8. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Modell (14) bei der Bestimmung (16) von Eingangssolltemperaturen und/oder Ausgangssolltemperaturen wenigstens für die Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) die Einhaltung von zulässigen Gießtemperaturen vom Öffnen bis Schließen einer Gießpfanne (2) auf Basis der zu erwartenden Gießzeit und zu erwartender Wärmeabfuhr von der Gießpfanne bis Eintritt in die Kokille mit einem eventuell vorhandenen Zwischenbehälter berücksichtigt, insbesondere das Einhalten einer Sollgießtemperatur bis zum Gießende.

9. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bestimmung (16) der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) für eine Gießpfanne (2) den aktuellen Standort der Gießpfanne (2) im Schmelzbetrieb (1) berücksichtigt und die Ausgangssolltemperaturen für die nachfolgenden Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) anpasst (17).

10. Verfahren (10) nach Anspruch 9, umfassend das Weiterleiten der vorhergesagten Temperatur der Metallschmelze in einer Gießpfanne (2) an den Gießbetrieb (5), wenn keine Anpassung (17) der Ausgangstemperatur von Primär- und/oder Sekundäraggregaten (3,4) mehr möglich ist.

11. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorhersage von Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper für leere Gießpfannen (2) im Schmelzbetrieb (1) anhand des Pfannenwärmezustands und der Plandaten bis zur Ankunft am ersten Sekundäraggregat (4) nach dem nächsten Abstich des Primäraggregats (3) erfolgt.

12. Verfahren (10) nach Anspruch 11, umfassend das Festlegen einer Ausgangssolltemperatur für das Primäraggregat (3).

13. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Modell (14) bei der Vorhersage Abstichstrahlverluste, Materialzugaben, Vakuumbehandlung, elektrisches/chemisches Heizen, Spülen von Gießpfannen (2), Abdecken von Gießpfannen (2), Heizen leerer Gießpfannen (2) oder andere Einflüsse auf die Temperaturen der Metallschmelze in den Gießpfannen (2) und Temperaturen der Pfannenkörper berücksichtigt.

14. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) erst bei Überschreiten eines Toleranzwerts erfolgt.

15. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Modell (14) zusätzlich eine energetische Optimierung des Schmelzbetriebs (1) erstellt, insbesondere an welchen Stationen des Schmelzbetriebs (1) eine Anpassung (17) der Ausgangssolltemperaturen wenigstens der Primär- und/oder Sekundäraggregate (3,4) des Schmelzbetriebs (1) erfolgt.

16. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn das Modell (14) ein Unterschreiten einer zulässigen Gießtemperatur innerhalb des Gießbetriebs (5) feststellt, insbesondere umfassend den Zeitpunkt des voraussichtlichen Unterschreitens der Gießtemperatur.

17. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend das Erzeugen einer Warnmeldung für eine Produktionsplanung, wenn sich durch das Anpassen (17) der Ausgangstemperaturen wenigstens eines Sekundäraggregats (4) die Verweilzeit an dem entsprechenden Sekundäraggregat (4) verlängert.

18. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Modell (14) in Echtzeit einen zeitlich durchgängigen Temperaturverlauf für die Schmelze, die Pfannenkörper und eventuell vorhandene Pfannendeckel auf Basis eines aktuellen Produktionsplans berechnet.

19. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend das Bewerten der Eignung eines Pfannenkörpers für einen geplanten Abstich auf Basis des Pfannenwärmezustands, wobei der Pfannenwärmezustand gemessen und/oder aus dem Modell (14) abgeleitet wird.

20. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 auszuführen.

Zeichnung