EP3515634B1 - Controlling the narrow-side conicity of a continuous casting mould: method and device - Google Patents
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- EP3515634B1 EP3515634B1 EP17771449.0A EP17771449A EP3515634B1 EP 3515634 B1 EP3515634 B1 EP 3515634B1 EP 17771449 A EP17771449 A EP 17771449A EP 3515634 B1 EP3515634 B1 EP 3515634B1
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- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/168—Controlling or regulating processes or operations for adjusting the mould size or mould taper
Definitions
- the invention relates to a method for regulating the narrow side taper of a continuous casting mold based on the measurement of the forces applied to the narrow sides.
- the invention relates to a continuous casting mold, the narrow side plates of which are set in accordance with the method according to the invention with the aid of actuators located at different distances from the pouring side.
- Continuous casting molds are used when casting metal slabs, in particular when casting steel slabs.
- a continuous casting mold in which the method according to the invention is used, consists of four individual metal plates, the so-called mold plates, which are arranged so as to be displaceable relative to one another and are preferably made from a copper alloy and essentially have a cuboid shape.
- mold height H With respect to the casting direction of the continuous casting mold, all four mold plates have approximately the same extent, which is consequently referred to as mold height H.
- two of the mold plates each have the same dimension in the width direction.
- the mold plates of the pair with the larger dimension in the width direction are also referred to as broad side plates, those with the smaller dimension in the width direction as narrow side plates.
- the four mold plates of a continuous casting mold are arranged at the same height in relation to the casting direction, the two broad side plate plates and the two narrow side plates each lying opposite one another. This creates a mold that is open on both sides, the openings of which are referred to as the pour-side or outlet-side end and which — with respect to a cutting plane that is normal to the casting direction — have a rectangular cross section.
- the mold plates are arranged relative to one another in such a way that each of the two broad side plates contacts the two narrow side plates with their inner surface during the casting process, and conversely each narrow side plate with two opposite outer surfaces contacts the two broad side plates.
- the distance between the outlet-side ends of the narrow side plates is referred to as the casting width, since this distance defines the dimension of the cast metal strand when it emerges from the mold.
- this arrangement enables the narrow side plates to be displaced parallel to the inner surfaces of the broad side plates even during the casting process.
- a clamping force can be exerted on the narrow side plates by mechanically positioning the wide side plates against the narrow side plates.
- the space enclosed by the mold plates in relation to the direction of casting is referred to below as the interior of the mold, accordingly the surfaces of the mold plates facing the interior are referred to as their inner surfaces; analogously, the surfaces opposite the inner surfaces of the respective rectangular mold plates are also referred to as outer surfaces called the mold plates.
- So-called back-up plates are generally attached to the outer surfaces of the mold plates, which on the one hand ensure sufficient mechanical stability of the mold plates and on the other hand contain a cooling device which dissipates the heat of the metal melt released during continuous casting from the mold plates.
- a cooling device which dissipates the heat of the metal melt released during continuous casting from the mold plates.
- Such devices e.g. Milling on the outer surfaces of the mold plates, which together with the backing plates form cooling channels through which water flows, are well known from the prior art.
- actuators which make it possible for individual Position mold plates spatially and thereby vary the cross-sectional area of the mold that is decisive for the dimension of the metal slab produced.
- actuators can be, for example, motor-driven spindles or hydraulic actuators, which are also known from the prior art.
- a metal melt is introduced into the interior of the mold at the end on the pouring side, the metal melt starting to solidify in the contact area with the mold plates due to the heat being given off to the mold plates, and a so-called strand shell is formed in this area, the thickness of which is formed during the passage of the corresponding strand section continuously increased by the mold.
- the metal strand which is partially solidified in this way is extracted by appropriate pull-out devices, e.g. driven driver rollers in the roller table following the mold, pulled out of the mold at the outlet end thereof, this process being supported by mechanical oscillation movements of the mold itself.
- the surface of the molten metal in the interior of the continuous casting mold is also referred to as a mold level. Accordingly, the so-called mold level height h is defined as the distance of the mold level from the exit end of the mold.
- casting powder is applied to the molten metal at the pouring-in end of the mold, which is melted on the surface of the still molten metal melt by the heat given off and subsequently a sliding film between the strand shell that forms and the inner surfaces of the mold plates, which forms the mechanical Friction between the strand shell and the inside of the mold plates is reduced.
- An actuator arranged on a narrow side plate has a point of application at which a force is transmitted to the narrow side plate and the narrow side plate is moved at this point by a spatial displacement of the point of application by the actuator.
- This point of attack can be designed to be articulated if, for example, the inclination of the narrow side plate changes during displacement by the actuator. In this sense, the point of attack is assigned a position which is displaceable in space and which is referred to below as the actuator position.
- an actuator comprises a sensor with which the current value of the actuator position is recorded, which is also referred to as the actual position of the actuator and which is transmitted to a control unit.
- the control unit specifies a specific position value, which is also referred to below as the target position of the actuator.
- the actual position of the actuator is compared with its target position and the actuator is controlled by the control unit such that the actual position and target position match.
- This actuation takes place by applying a corresponding mechanical force to the actuator, which is transmitted to the narrow side plate via the point of application of the actuator and as a result of which the position of the narrow side plate is changed at this point.
- the actuation of the actuator with a mechanical force is also initiated by the control unit and can take place, for example, by changing the hydraulic pressure if the actuator is designed in the form of a hydraulic cylinder.
- all actuators of the continuous casting mold are given individual target positions and the internal forces of the individual actuators are regulated in such a way that the interaction of all actuators during the casting process - with the exception of the process of adjusting the position of the narrow side plates - the outward forces of the Metal melt must be exactly balanced, otherwise the narrow side plates would move. There is therefore a balance of forces between the outward forces caused by the ferrostatic pressure of the molten metal and the inward forces of the actuators.
- the cast metal strand shrinks accordingly as it passes through the mold. It is also known that, in order to achieve the highest possible quality result, the cast metal strand should have as large a mechanical contact as possible with the inner surfaces of the mold plates when they pass through the mold. However, if the strand shell lifts off from the inner surface of the mold due to thermal shrinkage, this significantly reduces the heat flow from the metal strand at the relevant point, which results in a non-uniform quality of the strand surface and, in extreme cases, can lead to the strand shell being torn open.
- One measure to ensure that the metal strand passing through the mold is as large and uniform as possible is to specify a slight inclination between the opposing mold plates, so that the cross section of the mold from the pouring end to the outlet end corresponds to the shrinkage of the metal strand rejuvenated.
- the inclination of the opposite broad side plates is usually determined by a trapezoidal shape of the narrow side plates achieved: since the narrow side plates contact the two broad side plates along their vertical extension, there is a different distance between the upper, pour-side ends of the two broad side plates than between the lower, outlet-side ends of the broad side plates.
- the quotient of the difference between the upper distances f and the lower distances d between the broad side plates and the mold height H accordingly K b f - d / H is also called broadside taper.
- other definitions of the narrow side taper are also possible, it being essential that they depend on the inclination of at least one of the narrow side plates with respect to the casting direction.
- the formation of the strand shell when the metal strand passes through the continuous casting mold depends on various factors, such as the casting speed, the composition of the molten metal itself, the properties of the casting powder or the cooling capacity of the cooling device of the mold, which also influence the heat transfer from the cast metal strand to the mold and thus the mechanical contact of the metal strand with the mold.
- a construction for continuous casting molds which proposes to mechanically bend the narrow side plates during the casting depending on the casting speed, the carbon content of the molten metal or the heat flow passing from the metal strand to the mold, the heat flow from temperature values of the cooling water of the cooling device of the mold is calculated.
- the aim of this invention is to keep both the solidification profile of the strand shell and the frictional forces that occur on the inner surfaces of the mold plates as constant as possible, even with changing casting conditions, by the targeted bending of the narrow side plates, and thus to avoid the formation of longitudinal cracks in the cast metal strand .
- a complex bending mechanism according to FIGS. 15 and 18 is used to apply the required bending forces.
- the JP H03 210953 A proposes a continuous casting mold, the narrow side plates of which each have a groove 15 running in the horizontal direction perpendicular to the casting direction, which is why a kink occurs at this point under the action of force corresponding Fig. 1 trains.
- the control of this force action takes place as a function of temperature values measured by means of a thermocouple in the vicinity of the outlet-side end of the narrow side plates.
- the grooves of the narrow side plates represent a mechanical weak point.
- the JP H02 247059 A suggests bending the narrow side plates together with the backing plates attached to them, depending on the measured heat flow or the casting speed.
- the bending forces required for this are very high, the inner surfaces of the narrow side plates assume a curve along the casting direction.
- the present invention therefore proposes, instead of bending the narrow side plates, to change their spatial position during the casting operation by guiding them along the inner sides of the wide side plates. This happens because the clamping force, which exert the broad side plates on the narrow side plates is reduced, then the narrow side plates are adjusted accordingly using appropriate position-controlled actuators and finally the contact pressure of the broad side plates is reset to the original value.
- Such an adjustment process takes place in a controlled manner and in such a way that there is no sudden tearing of the strand shell despite the outward forces of the liquid metal melt.
- the narrow side taper can be adapted to the shrinkage of the metal strand resulting from the formation of the strand shell, so that the contact area of the narrow side plates with the strand shell is as large as possible. No forces are applied for the bending of the narrow side plates themselves and the frictional forces between the strand shell and the inner surfaces of the mold plates are not increased unnecessarily.
- the setting of the narrow sides of the mold corresponds exactly to the shrinkage of the strand, which is caused by the growth of the strand shell.
- Typical values of the narrow side taper are between 0.9% and 1.3% of the pouring width according to the above definition.
- the optimal narrow side taper depends on various production parameters, e.g. the shrinkage characteristics of the cast metal melt or also from the actual heat dissipation, which is determined, among other things, by the properties of the mold powder and the casting speed. It is therefore advisable to dynamically adapt the narrow side taper to the prevailing casting conditions during casting.
- the wide side plates can be permanently clamped, for example, by means of a preset spring clamp, the clamping action of which is only briefly opened by a corresponding unclamping device during the adjustment of the narrow side taper by actuators of the unclamping device canceling the clamping force of the spring clamp.
- the JP S56 119646 A describes a continuous casting mold, the plates of which are moved under pressure control during casting.
- the narrow side plates are each movably connected at their pour-side end to a base plate which can be moved and fixed in the horizontal direction.
- a pressure-controlled actuator e.g. a hydraulic cylinder, which presses the narrow side plates against the cast metal strand, lies near the end of the narrow side plates on the casting outlet side, with a small gap of 0.1-0.2 mm in the casting direction between the narrow side plates and the wide side plates to enable their relative movement .
- this invention allows a quick reaction to changing production conditions with regard to the contact of the narrow side plates with the metal strand due to the pressure-controlled actuation of the lower actuators, the movements of the actuators simultaneously adjust the narrow side cone itself, so that the contact behavior of the narrow side plates on the one hand and on the other hand, the optimal value of the narrow side cone cannot be set independently of one another.
- a uniform pouring width cannot be maintained, since during a control process the narrow side plates are tilted at their lower end and, moreover, it cannot be guaranteed that the narrow side cone is identical on both sides, which can lead to non-uniform growth of the strand shell.
- narrow side plates of which can be moved along the inner sides of the broad side plates via at least two mechanical actuators, and as a result of which an inward force is exerted on the continuous shell of the cast metal strand in order to prevent the ferrostatic pressure acting on the outside from occurring to counteract solidified metal melt, since the clamping effect of the narrow side plates by the broad side plates and the intrinsic cohesive force of the strand shell itself are not sufficient to prevent the strand from tearing open.
- These forces transmitted from the narrow side plates to the strand shell are referred to below as narrow side forces.
- the casting direction of the continuous casting mold 1 is oriented essentially in the direction of the acceleration due to gravity; therefore, the ferrostatic pressure of the molten metal introduced into the mold 1 increases linearly in the casting direction in accordance with the behavior of a liquid with the distance to the surface of the molten metal which is located in the casting direction at a distance corresponding to the level of the mold level above the outlet-side ends of the mold plates.
- the ferrostatic pressure of the molten metal causes outward forces that have to be compensated by corresponding inward counter forces to prevent the strand shell from tearing open.
- a cooling shell is formed along the inner surfaces of the mold plates due to the cooling effect.
- the strand shell has an inherent strength, which depends locally on its thickness and which partially compensates for the ferrostatic pressure of the molten metal acting outwards. The remaining part of the ferrostatic pressure inside the continuous casting mold must be compensated for by appropriate counterpressure of the mold plates in order to avoid tearing the strand shell.
- the back pressure While the corresponding back pressure is automatically set due to the fixed clamping of the broad side plates, the back pressure must be along the narrow side plates be actively regulated, as there is no complete clamping effect of the narrow side panels through the wide side panels.
- the spatial position and orientation of the narrow side plates is therefore carried out by active position control of the mechanical actuators moving the narrow side plates.
- the strand shell After the metal strand emerges from the continuous casting mold, the strand shell has already grown to such an extent that the ferrostatic pressure exceeding the intrinsic strength of the strand shell can be easily compensated for by spatially fixed or position-controlled strand guide rollers, the strand guide rollers directly supporting the surface of the extended metal strand.
- Tests show that adjusting the narrow side taper has a direct influence on the required narrow side forces.
- each of the two narrow side plates of the continuous casting mold can be positioned by a separate, independent control circuit which only controls the actuators of the respective narrow side plate.
- the manipulated variable of the control loop in question depends on the inclination of the respective narrow side plate in relation to the casting direction, and the method according to the invention thus comprises two independent values for the narrow side conicity - in each case one value for the first and one value for the second narrow side plate - the continuous casting mold .
- a common control loop can also be used for both narrow side plates, which accordingly controls the actuators of both narrow side plates.
- the method according to the invention comprises a common value for the narrow side taper of the continuous casting mold, the definition of which depends equally on the inclinations of both narrow side plates with respect to the casting direction.
- controller of the control loop can also contain filterings that either process the input signal for a control regulation contained in the control loop or process the signal determined by the control regulation before it is fed to the controlled system.
- the method according to the invention enables a quick reaction to changing process conditions, since the detection of the narrow side forces which are influenced by the process conditions, in contrast to methods which are based on temperature or heat flow measurements, takes place practically in real time.
- the method according to the invention is also based on an empirical relationship between the narrow side forces on the one hand and the current casting parameters, such as the casting speed, the behavior of the casting powder or the composition of the molten metal on the other hand, this empirical relationship being modeled by the behavior of the controller. Therefore, the method according to the invention does not require any physical modeling of the effects of the various influencing variables, but rather is based on the measurement of the direct reaction of the casting parameters in the form of the narrow side forces, so that the effects of all relevant casting parameters are taken into account equally and equally quickly.
- a lifting of the strand shell from the inside of the narrow side plates can be detected immediately because the narrow side forces to be applied for a specific control position decrease accordingly.
- an increase in the narrow side forces which would cause the strand to be crushed and is caused, for example, by an insufficient cooling capacity of the metal strand, can be compensated for directly.
- an optimal force distribution of the actuators and correspondingly the largest possible contact area between the strand shell and the inner surfaces of the narrow side plates is achieved without the frictional forces between the strand shell and the inner surfaces of the continuous casting mold being unnecessarily increased.
- the method according to the invention ensures good reproducibility, since the adaptation of the narrow side taper to the current production conditions does not require any operator intervention, but only depends on the preset parameters of the controller or on any filtering carried out in the controller.
- the reference pressure P ref is a function of the density of the molten metal ⁇ liq , a mold level h and a dimensionless correction factor S.
- the density ⁇ liq of the molten metal is to be understood as the material density of the liquid melt, the physical unit of which is given, for example, in kg / m 3 .
- the reference pressure P ref depends on the density of the molten metal ⁇ liq and on the level of the mold level h, which is defined as the distance between the mold level and the exit end of the mold, and also contains another dimensionless correction factor S that can be specified.
- the reference pressure P ref is a parameter of the control process and can also be used, for example, during the casting process if required by an operator or by another control system, to change the characteristic of the control loop. This makes it possible to take into account a change in the mold level h during the casting process or to react flexibly to changes in the casting parameters, such as a change in the composition of the molten metal, the casting powder or in the heat dissipation of the mold.
- An adaptation of the reference pressure can be based, for example, on empirical values based on the recorded casting parameters, as a result of which an advantageous driving style of the continuous casting mold, once determined under certain casting conditions, can be reproduced.
- the correction factor S preferably has a value range of 0.7 - 3 and takes into account the inherent load-bearing capacity of the strand shell that forms, which weakens the effect of the outwardly directed ferrostatic pressure P fer of the molten metal, furthermore the effect of the frictional forces between the narrow side plates and the broad side plates, which differ from those of counteract the forces applied to the actuators of the narrow side plates and reduce them accordingly, and the friction between the strand shell and the narrow side plates, which due to the narrow side conicity has an outward force component in the width direction of the continuous casting mold and depends on the value of the narrow side conicity.
- the correction factor S can depend on the chosen casting speed v, because in particular the friction between the strand shell and the narrow side plates represents sliding friction and therefore the friction forces that occur depend on the relative speed between the surfaces involved.
- the self-supporting capacity of the strand shell outweighs the frictional forces between the narrow-side and broad-side plates or between the narrow-side plates and the strand shell and is used, for example, in an operating mode in which the broad-side plates are only applied with very little clamping action against the narrow-side plates what is also known as soft clamping.
- values of S> 1 mean that the frictional forces between the narrow-side and broad-side plates or between the narrow-side plates and the strand shell predominate and must be compensated accordingly by the actuators of the narrow-side plates.
- the dependence of the correction factor S on the casting speed v can be described, for example, by a table model based on empirical values. S can also be influenced by other factors, e.g. depend on the composition of the molten metal or the casting powder, which can also be shown in an empirically determined table model.
- the above-mentioned definition of the reference pressure P ref offers the advantage that it is an easy-to-use empirical model of the command variable of the control loop according to the invention which, in addition to the correction factor S, depends only on process parameters which are known in any case and which can therefore be expanded in a simple manner by means of the correction factor S, for example in relation to new compositions of the molten metal or the casting powder, and does not require any complex physical simulations.
- the mean surface pressure P med represents an averaging over the forces of all actuators of the two narrow side plates which the actuators exert on the narrow side plates. These forces can advantageously be measured very simply and quickly using methods known from the prior art, as a result of which the control loop detects control deviations very quickly can react. In particular, it is possible to control control deviations much more quickly than would be the case with temperature or heat flow-based controls, since force measurements can be carried out within fractions of a second.
- the setting of a common narrow side taper for both narrow side plates takes place symmetrically with respect to the casting direction of the continuous casting mold, with the spatial position of the center line of the metal strand in relation to the wide side plates and a value for the casting width b.
- casting width b it is also possible to change the casting width b during the execution of the control process or to leave it constant and to specify a starting value for the target positions of the individual actuators when they first pass through the control circuit.
- a constant value of the casting width b during the casting process is particularly desirable with regard to the quality of the cast metal strand, since subsequently complex measures for adjusting the width of the metal strand, such as e.g. Flame cutting or side upsetting can be omitted.
- the controller of the at least one control circuit comprises a control specification with an input variable derived from the control deviation and an output variable and the actual positions ⁇ X 1, i , X 2, j ⁇ of the at least one control circuit are generated in each cycle Actuators of at least one of the first or the second narrow side plates are detected and an actual value I s for the narrow side taper K s is derived therefrom and this by specifying corresponding target positions ⁇ Y 1, i , Y 2, j ⁇ for the actuators of at least one of the first or the second Narrow side plate in a controlled system of the at least one control loop that reproduces the effect of the narrow side taper on the mean surface pressure only if there is a difference to the determined actual value.
- the detected actual positions of the actuators of the narrow side plates thus represent input variables and the determined target positions for the actuators at least correspond to output variables represents a control loop, which are determined anew each time through the at least one control loop.
- the rule specification describes the behavior of the control loop as a function of the control deviation and is used to determine the output variable; the meaning and role of the regulation are to be understood in the context of a classic control loop and are therefore well known to the person skilled in the art.
- control deviations can be parameterized in a very simple manner: if the proportionality factor k has a value less than 1, this means that the determined control deviation is weakened into the correction of the output variable of the control specification, while for values greater than 1, the control deviation is amplified.
- This temporal filtering of the control deviation eliminates high-frequency fluctuations in the measurement signal, which can be caused, for example, by incorrect measurements. suppressed. This prevents incorrect adjustment of the narrow side plates due to incorrect measured values or due to high-frequency interference and helps to stabilize the continuous casting process.
- the saturation filter ⁇ S ensures that the narrow side taper K s regulated by the control loop remains within the permitted range defined by the limit values K s, min and K s, max , for example within 1.1 to 1.2.
- the limit values K s, min and K s, max are parameters of the control process, which are usually preset, but which can also be changed during the casting process.
- the limit values K s, min and K s, max can be changed by an operator or by a control system when changing between two metal batches, if a changed composition of the molten metal requires this.
- the formation of the numerical absolute value and ⁇ denote the threshold value of the hysteresis filter and the derived value K s "corresponds to a signal-technical treatment of the output variable K s ' preceding the third filtering of the regulation.
- the manipulated variable of the control loop is only changed if the value K s determined in the current cycle of the control loop differs in amount by at least the value ⁇ from the current actual value I s of the narrow side taper.
- the actuators of the narrow side plates are only adjusted if the newly calculated default value for the narrow side taper differs from the existing value by more than 0.05, for example, so that, for example, only slight fluctuations in production conditions affect the quality of the metal strand produced have no effect, do not unnecessarily adjust the narrow side plates and in particular do not release the clamping of the broad side plates must, which contributes to a constant stability of the continuous casting process and to the speed of the control process.
- At least one of the actuators is a hydraulically moved actuator.
- At least one of the hydraulically moved actuators is a double-acting hydraulic cylinder.
- Double-acting hydraulic cylinders offer the advantage that the force applied by the respective actuator can be determined very easily by two pressure sensors per actuator, since the force is determined by the differential pressure between the two chambers and the cross-sectional area of the piston of the double-acting hydraulic cylinder. It is therefore also possible to retrofit an existing continuous casting mold, which already has such hydraulic cylinders for adjusting the narrow side plates, to carry out the method according to the invention in a simple and cost-effective manner, since only sensors for detecting the corresponding pressures and the travel positions of the corresponding actuators have to be installed.
- At least one of the actuators has an electrical rotary drive.
- Such actuators allow simple determination of the actuator position on the basis of the position of the drive axis of the electrically operated motor or an axis of the transmission, that is usually used between the motor and the linearly moving point of application of the actuator in question.
- the forces that occur at the points of application of the actuators can be measured, for example, using strain gauges.
- At least one of the electrically driven actuators is a linear motor.
- Linear motors do not require a gear and therefore have no mechanical play. They also offer the advantage that the force occurring can be determined directly from the force-speed characteristic or from the force-current characteristic without additional force sensors.
- FIG 1a shows an oblique view of the arrangement of the broad side plates 2, 2 'and the first and second narrow side plates 4 and 4' of a continuous casting mold 1, the two narrow side plates 4, 4 'being slidably arranged along the inner surfaces of the broad side plates 2, 2'.
- the back-up plates of the individual mold plates and the actuators for adjusting the narrow side plates are not shown in this view.
- FIG 1a Furthermore are in FIG 1a the direction vectors of the thickness direction D, the width direction B and the casting direction G are shown in their spatial position in relation to the continuous casting mold 1, the vectors D, B and G forming an orthogonal, right-handed coordinate system.
- molten metal is added with the addition of casting powder into the interior of the continuous casting mold 1, where the molten metal is transported further in the casting direction G and is withdrawn from the mold 1 at the exit end 3 'in the form of a partially solidified metal strand 5.
- the metal strand 5 has a rectangular cross section with respect to the normal plane to the casting direction G, the short side of which is oriented in the thickness direction D and the long side in the width direction B.
- FIG 1b shows a section through the continuous casting mold 1 FIG 1a normal to the width direction B, in which the broad side plates 2, 2 'inclined relative to the casting direction G with the backing plates 7, 7' attached to them and the trapezoidal shape of the second narrow side plate 4 'can be seen.
- the distance f between the inner surfaces of the broad side plates 2, 2 'at the end 3 on the pouring side is greater than the corresponding distance d at the end 3' of the continuous casting mold 1, where d is also referred to as the casting thickness, since the cast metal strand 5 (in 1b not shown) with this thickness from the interior enclosed by the continuous casting mold 1 exit.
- In 1c is a section through the continuous casting mold 1 from FIG 1a shown normal to the thickness direction D.
- the narrow side plates 4, 4 ' which are inclined relative to the casting direction G, can be seen, with the backing plates 6, 6' attached to them, and the rectangular shape of the wide side plate 2 can also be seen, along the inside of which the narrow side plates 4, 4 'can be moved.
- the distance e between the inner surfaces of the narrow side plates 4, 4 'at the end 3 on the pouring side is in turn greater than the corresponding distance b at the end 3' of the continuous casting mold 1 at the outlet side, b being referred to as the casting width.
- an upper actuator A 1.1 or A 2.1 engages near the pour-side end 3 of the continuous casting mold 1 and a lower actuator A 1.2 or A 2.2 near the outlet side End 3 'of the continuous casting mold 1.
- the actuators A 1, 1 or A 1, 2 acting in the width direction B the first narrow side plate 4 can be moved or held in a certain position with respect to its inclination to the casting direction G and its position in the width direction B, with the upper actuator A 1 , 2 the force F 1.1 and at the lower actuator A 1.2 the force F 1.2 occurs along the effective direction of the respective actuator.
- the inclination and the position of the second narrow side plate 4 ' are set or maintained by means of the actuators A 2.1 and A 2.2, the force F 2.1 on the upper actuator A 2.1 and the force on the lower actuator A 2 , 2 the force F 2.2 occurs in the effective direction of the respective actuator.
- the narrow side taper K s can also be related to the mold height H.
- FIG 2 shows a section normal to the thickness direction D through a continuous casting mold 1, the first and second narrow side plates 4 and 4 'of which each have two actuators (A 1.1 , A 1.2 ) and (A 2.1 , A 2.2 ) are, however, the inclination of the narrow side plates 4 and 4 'is not shown.
- the course of the ferrostatic pressure P fer of the metal melt 10 which increases linearly in the casting direction G, is shown schematically, while along the inner surface of the second narrow side plate 4 'the strand shell 13 growing in the casting direction G can be seen.
- the center line M denotes the line of symmetry of the metal strand 5 with respect to the width direction B of the continuous casting mold 1.
- the surface of the cast metal melt 10 is also referred to as a casting level 12, which is located at a distance h - the so-called casting level - above the exit-side end 3 'of the continuous casting mold 1.
- the partially solidified metal strand 5 is pulled out of the continuous casting mold 1, the strand shell 13 already formed being supported in the width direction B by lateral strand guide rollers 14 and 14'.
- F 1.1 and F 2.1 are as in 1c the forces of the upper actuators A 1.1 and A 2.1 (in FIG 2 not shown) referred to, which are transferred near the pouring end 3 to the respective narrow side plate 4 or 4 '.
- F 1.2 and F 2.2 symbolize the forces of the outlet-side actuators A 1.2 and A 2.2 .
- FIG 3 is normal to the thickness direction D in a section
- Half of a continuous casting mold 1 according to the invention up to the center line M as well as the control connection to a control unit 8 are shown, the first narrow side plate 4 being able to be moved with the aid of two actuators A 1,1 and A 1,2 .
- the other half of the continuous casting mold 1, which comprises the second narrow side plate 4 'and corresponding actuators A 2.1 and A 2.2 is connected to the control unit 8 in a manner corresponding to the first half shown, but in FIG FIG 3 not shown.
- the actuators A 1.1 and A 1.2 are designed as double-acting hydraulic cylinders.
- the solidified strand shell 13 is supported by lateral strand guide rollers 14.
- the actuator A 1 , 1 engages near the upper, casting-side end 3 of the continuous casting mold 1 on the first narrow side plate 4 and can move it at this point of attack in the width direction B; Similarly, the first narrow side plate 4 can also be moved in the width direction B by the actuator A 1, 2 , which engages the first narrow side plate 4 in the vicinity of the lower, outlet-side end 3 '.
- the actuators A 1.1 and A 1.2 For detecting the instantaneous position of the first narrow side plate 4 are of the actuators A 1.1 and A 1.2 the respective position values X and 1.1 X transmitted to the control unit 8 1,2, which are determined by the corresponding position sensors 16 of the respective actuator .
- the pressures of the two chambers of each double-acting hydraulic cylinder are detected by means of corresponding pressure sensors 11 and transmitted to the control unit 8.
- the forces F 1.1 and F 1.2 with which the actuators A 1.1 and A 1.2 act on the first narrow side plate 4 can be determined from the difference between these pressures.
- the actuators A 1.1 and A 1.2 are acted upon by hydraulic drive units 9 with corresponding amounts of hydraulic fluid, so that the pistons of the actuators are moved in accordance with the desired positions Y 1,1 and Y 1,2 determined by the control unit 8.
- the hydraulic drive units 9 can be, for example, hydraulic pumps or hydraulic valves which provide the volume of hydraulic fluid required in each case.
- the second narrow side plate 4 '(not shown) the explanations apply mutatis mutandis with respect to the actual positions X 2.1 and X 2.2 and the forces F 2.1 and F 2.2 of the actuators A 2.1 and A 2.2 and for the setpoints Y 2.1 and Y 2.2 specified by the control unit 8.
- FIG 4 shows an embodiment of a control circuit 15 for setting the narrow side taper K s according to the inventive method, the control circuit 15 in addition to the actual regulation 25 a first time filtering 22 of the control deviation P dif , and a second filtering 23 with respect to the allowable maximum values and a third filtering 24 with regard to a desired hysteresis behavior of K s .
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille basierend auf der Messung der auf die Schmalseiten aufgebrachten Kräfte.The invention relates to a method for regulating the narrow side taper of a continuous casting mold based on the measurement of the forces applied to the narrow sides.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stranggusskokille, deren Schmalseitenplatten mit Hilfe von in unterschiedlichem Abstand zur Eingießseite gelegenen Aktoren entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren angestellt werden.Furthermore, the invention relates to a continuous casting mold, the narrow side plates of which are set in accordance with the method according to the invention with the aid of actuators located at different distances from the pouring side.
Stranggusskokillen kommen beim Gießen von Metallbrammen, insbesondere beim Gießen von Stahlbrammen zum Einsatz. Dabei besteht eine Stranggusskokille, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, aus vier einzelnen, zueinander verschiebbar angeordneten Metallplatten, den sogenannten Kokillenplatten, die bevorzugt aus einer Kupferlegierung gefertigt sind und im Wesentlichen Quaderform besitzen.Continuous casting molds are used when casting metal slabs, in particular when casting steel slabs. In this case, a continuous casting mold, in which the method according to the invention is used, consists of four individual metal plates, the so-called mold plates, which are arranged so as to be displaceable relative to one another and are preferably made from a copper alloy and essentially have a cuboid shape.
In Bezug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille besitzen alle vier Kokillenplatten annähernd die gleiche Erstreckung, die folglich als Kokillenhöhe H bezeichnet wird. Zudem weisen jeweils zwei der Kokillenplatten dieselbe Abmessung in Breitenrichtung auf. Die Kokillenplatten des Paares mit der größeren Abmessung in Breitenrichtung werden auch als Breitseitenplatten bezeichnet, jene mit der kleineren Abmessung in Breitenrichtung als Schmalseitenplatten.With respect to the casting direction of the continuous casting mold, all four mold plates have approximately the same extent, which is consequently referred to as mold height H. In addition, two of the mold plates each have the same dimension in the width direction. The mold plates of the pair with the larger dimension in the width direction are also referred to as broad side plates, those with the smaller dimension in the width direction as narrow side plates.
Die vier Kokillenplatten einer Stranggusskokille werden, bezogen auf die Gießrichtung, in gleicher Höhe angeordnet, wobei die beiden Breitseitenplattenplatten und die beiden Schmalseitenplatten jeweils einander gegenüberliegen. Dadurch entsteht eine beidseitig offene Gießform, deren Öffnungen als eingießseitiges bzw. austrittseitiges Ende bezeichnet werden und die - bezogen auf eine zur Gießrichtung normal stehende Schnittebene - einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.The four mold plates of a continuous casting mold are arranged at the same height in relation to the casting direction, the two broad side plate plates and the two narrow side plates each lying opposite one another. This creates a mold that is open on both sides, the openings of which are referred to as the pour-side or outlet-side end and which — with respect to a cutting plane that is normal to the casting direction — have a rectangular cross section.
Die Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt derart, dass jede der beiden Breitseitenplatten während des Gießvorganges mit ihrer Innenfläche die beiden Schmalseitenplatten, und umgekehrt jede Schmalseitenplatte mit zwei einander gegenüberliegenden Außenflächen die beiden Breitseitenplatten kontaktiert. Dabei wird die Distanz zwischen den austrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten als Gießbreite bezeichnet, da dieser Abstand die Abmessung des gegossenen Metallstranges beim Austritt aus der Kokille definiert.The mold plates are arranged relative to one another in such a way that each of the two broad side plates contacts the two narrow side plates with their inner surface during the casting process, and conversely each narrow side plate with two opposite outer surfaces contacts the two broad side plates. The distance between the outlet-side ends of the narrow side plates is referred to as the casting width, since this distance defines the dimension of the cast metal strand when it emerges from the mold.
Diese Anordnung ermöglicht einerseits, dass die Schmalseitenplatten auch während des Gießvorganges parallel zu den Innenflächen der Breitseitenplatten verschoben werden können. Andererseits kann durch mechanisches Anstellen der Breitseitenplatten an die Schmalseitenplatten eine Klemmkraft auf die Schmalseitenplatten ausgeübt werden.On the one hand, this arrangement enables the narrow side plates to be displaced parallel to the inner surfaces of the broad side plates even during the casting process. On the other hand, a clamping force can be exerted on the narrow side plates by mechanically positioning the wide side plates against the narrow side plates.
Der - bezogen auf die Gießrichtung - von den Kokillenplatten umschlossene Raum wird im Weiteren als Innenraum der Kokille bezeichnet, dementsprechend werden die dem Innenraum zugewandten Flächen der Kokillenplatten als deren Innenflächen bezeichnet, analog dazu werden die den Innenflächen der jeweiligen quaderförmigen Kokillenplatten gegenüberliegenden Flächen auch als Außenflächen der Kokillenplatten bezeichnet.The space enclosed by the mold plates in relation to the direction of casting is referred to below as the interior of the mold, accordingly the surfaces of the mold plates facing the interior are referred to as their inner surfaces; analogously, the surfaces opposite the inner surfaces of the respective rectangular mold plates are also referred to as outer surfaces called the mold plates.
An den Außenflächen der Kokillenplatten sind in der Regel sogenannte Backupplatten befestigt, die einerseits für eine ausreichende mechanische Stabilität der Kokillenplatten sorgen und andererseits eine Kühlvorrichtung enthalten, der die beim Stranggießen freiwerdende Wärme der Metallschmelze von den Kokillenplatten ableitet. Derartige Vorrichtungen, wie z.B. Ausfräsungen an den Außenflächen der Kokillenplatten, die gemeinsam mit den Backupplatten wasserdurchströmte Kühlkanäle ausbilden, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.So-called back-up plates are generally attached to the outer surfaces of the mold plates, which on the one hand ensure sufficient mechanical stability of the mold plates and on the other hand contain a cooling device which dissipates the heat of the metal melt released during continuous casting from the mold plates. Such devices, e.g. Milling on the outer surfaces of the mold plates, which together with the backing plates form cooling channels through which water flows, are well known from the prior art.
Die verschiebbare Anordnung der Kokillenplatten zueinander erfolgt durch entsprechende Aktoren, die es ermöglichen, einzelne Kokillenplatten räumlich zu positionieren und dadurch die für die Abmessung der produzierten Metallbramme maßgebliche Querschnittsfläche der Kokille zu variieren. Derartige Aktoren können z.B. motorisch angetriebene Spindeln oder hydraulische Aktoren sein, die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind.The displaceable arrangement of the mold plates with respect to one another is carried out by corresponding actuators, which make it possible for individual Position mold plates spatially and thereby vary the cross-sectional area of the mold that is decisive for the dimension of the metal slab produced. Such actuators can be, for example, motor-driven spindles or hydraulic actuators, which are also known from the prior art.
Beim Gießvorgang wird eine Metallschmelze am eingießseitigen Ende in den Innenraum der Kokille eingebracht, wobei die Metallschmelze wegen der Wärmeabgabe an die Kokillenplatten im Kontaktbereich zu den Kokillenplatten zu erstarren beginnt und in diesem Bereich eine sogenannte Strangschale ausbildet, deren Dicke sich während des Durchtretens des entsprechenden Strangabschnitts durch die Kokille kontinuierlich vergrößert. Der solcherart teilerstarrte Metallstrang wird durch entsprechende Auszugsvorrichtungen, wie z.B. angetriebene Treiberrollen in dem der Kokille nachfolgenden Rollgang, am austrittseitigen Ende der Kokille aus dieser ausgezogen, wobei dieser Prozess durch mechanische Oszillationsbewegungen der Kokille selbst unterstützt wird.During the casting process, a metal melt is introduced into the interior of the mold at the end on the pouring side, the metal melt starting to solidify in the contact area with the mold plates due to the heat being given off to the mold plates, and a so-called strand shell is formed in this area, the thickness of which is formed during the passage of the corresponding strand section continuously increased by the mold. The metal strand which is partially solidified in this way is extracted by appropriate pull-out devices, e.g. driven driver rollers in the roller table following the mold, pulled out of the mold at the outlet end thereof, this process being supported by mechanical oscillation movements of the mold itself.
Die Oberfläche der flüssigen Metallschmelze im Inneren der Stranggusskokille wird auch als Gießspiegel bezeichnet, dementsprechend ist die sog. Gießspiegelhöhe h als Abstand des Gießspiegels vom austrittseitigen Ende der Kokille definiert.The surface of the molten metal in the interior of the continuous casting mold is also referred to as a mold level. Accordingly, the so-called mold level height h is defined as the distance of the mold level from the exit end of the mold.
Weiters wird in die Kokille an ihrem eingießseitigen Ende Gießpulver auf die Metallschmelze aufgebracht, welches an der Oberfläche der noch flüssigen Metallschmelze durch die abgegebene Wärme aufgeschmolzen wird und in weiterer Folge einen Gleitfilm zwischen der sich bildenden Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten ausbildet, der die mechanische Reibung zwischen der Strangschale und den Innenseiten der Kokillenplatten verringert.Furthermore, casting powder is applied to the molten metal at the pouring-in end of the mold, which is melted on the surface of the still molten metal melt by the heat given off and subsequently a sliding film between the strand shell that forms and the inner surfaces of the mold plates, which forms the mechanical Friction between the strand shell and the inside of the mold plates is reduced.
Trotz der Ausbildung einer Strangschale verbleibt der überwiegende Teil des im Kokilleninneren befindlichen Abschnittes des Metallstranges in der flüssigen Phase. Daher wirkt auf die Strangschale ein entsprechender ferrostatischer Druck, der durch einen entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten ausgeglichen werden muss, da die Strangschale selbst keinen ausreichenden Gegendruck aufbauen kann.Despite the formation of a strand shell, the majority of the section of the metal strand located inside the mold remains in the liquid phase. A corresponding ferrostatic pressure therefore acts on the strand shell, which must be compensated for by a corresponding back pressure of the mold plates, since the strand shell itself cannot build up sufficient back pressure.
Aus diesem Grund wird während des Gießvorganges insbesondere auf die Schmalseitenplatten mittels deren Aktoren eine entsprechende Andruckkraft aufgebracht, da die Klemmwirkung, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, in der Regel nicht ausreichend ist.For this reason, a corresponding pressure force is applied to the narrow side plates in particular during the casting process by means of their actuators, since the clamping action which the broad side plates exert on the narrow side plates is generally not sufficient.
Ein an einer Schmalseitenplatte angeordneter Aktor besitzt einen Angriffspunkt, an dem eine Kraftübertragung an die Schmalseitenplatte erfolgt und wobei durch eine räumliche Verschiebung des Angriffspunktes durch den Aktor die Schmalseitenplatte an dieser Stelle bewegt wird. Dieser Angriffspunkt kann gelenkig ausgestaltet sein, wenn sich beispielswese die Neigung der Schmalseitenplatte bei der Verschiebung durch den Aktor ändert. Dem Angriffspunkt ist in diesem Sinne eine im Raum verschiebliche Position zugeordnet, die im Weiteren als Aktorposition bezeichnet wird. Weiters umfasst ein Aktor einen Sensor, mit dem der aktuelle Wert der Aktorposition erfasst wird, welcher auch als Istposition des Aktors bezeichnet wird und der an eine Regeleinheit übertragen wird.An actuator arranged on a narrow side plate has a point of application at which a force is transmitted to the narrow side plate and the narrow side plate is moved at this point by a spatial displacement of the point of application by the actuator. This point of attack can be designed to be articulated if, for example, the inclination of the narrow side plate changes during displacement by the actuator. In this sense, the point of attack is assigned a position which is displaceable in space and which is referred to below as the actuator position. Furthermore, an actuator comprises a sensor with which the current value of the actuator position is recorded, which is also referred to as the actual position of the actuator and which is transmitted to a control unit.
Bei einer Positionsregelung des Aktors wird diesem von der Regeleinheit ein bestimmter Positionswert vorgegeben, der im Weiteren auch als Sollposition des Aktors bezeichnet wird. Dabei wird die Istposition des Aktors mit dessen Sollposition verglichen und der Aktor von der Regeleinheit derart angesteuert, dass Istposition und Sollposition übereinstimmen. Diese Ansteuerung geschieht durch Beaufschlagung des Aktors mit einer entsprechenden mechanischen Kraft, die über den Angriffspunkt des Aktors an die Schmalseitenplatte übertragen wird und wodurch als Folge die Position der Schmalseitenplatte an dieser Stelle verändert wird. Die Beaufschlagung des Aktors mit einer mechanischen Kraft wird ebenfalls von der Regeleinheit veranlasst und kann beispielsweise durch Veränderung des Hydraulikdrucks erfolgen, wenn der Aktor in Form eines Hydraulikzylinders ausgestaltet ist.In the case of position control of the actuator, the control unit specifies a specific position value, which is also referred to below as the target position of the actuator. The actual position of the actuator is compared with its target position and the actuator is controlled by the control unit such that the actual position and target position match. This actuation takes place by applying a corresponding mechanical force to the actuator, which is transmitted to the narrow side plate via the point of application of the actuator and as a result of which the position of the narrow side plate is changed at this point. The actuation of the actuator with a mechanical force is also initiated by the control unit and can take place, for example, by changing the hydraulic pressure if the actuator is designed in the form of a hydraulic cylinder.
Während des Gießvorganges werden allen Aktoren der Stranggusskokille individuelle Sollpositionen vorgegeben und dadurch die nach innen wirkende Kräfte der einzelnen Aktoren so geregelt, dass durch das Zusammenwirken aller Aktoren während des Gießvorganges - mit Ausnahme während des Vorganges einer Positionsverstellung der Schmalseitenplatten - die nach außen gerichteten Kräfte der Metallschmelze exakt ausgeglichen werden, da sich andernfalls die Schmalseitenplatten bewegen würden. Es herrscht somit ein Kräftegleichgewicht zwischen den nach außen gerichteten, vom ferrostatischen Druck der Metallschmelze verursachten Kräften und den nach innen gerichteten Kräften der Aktoren.During the casting process, all actuators of the continuous casting mold are given individual target positions and the internal forces of the individual actuators are regulated in such a way that the interaction of all actuators during the casting process - with the exception of the process of adjusting the position of the narrow side plates - the outward forces of the Metal melt must be exactly balanced, otherwise the narrow side plates would move. There is therefore a balance of forces between the outward forces caused by the ferrostatic pressure of the molten metal and the inward forces of the actuators.
Da Metalllegierungen bei ihrer Erstarrung und nachfolgenden Abkühlung eine Verkleinerung ihres räumlichen Volumens erfahren, schrumpft der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die Kokille entsprechend. Es ist zudem bekannt, dass zur Erreichung eines qualitativ möglichst hochwertigen Ergebnisses der gegossene Metallstrang beim Durchtritt durch die Kokille einen möglichst großflächigen mechanischen Kontakt zu den Innenflächen der Kokillenplatten aufweisen soll. Hebt sich jedoch die Strangschale aufgrund thermischer Schrumpfung von der Kokilleninnenfläche ab, so reduziert dies an der betreffenden Stelle den Wärmeabfluss aus dem Metallstrang in nennenswertem Ausmaß, was eine uneinheitliche Qualität der Strangoberfläche zur Folge hat und im Extremfall bis zum Aufreißen der Strangschale führen kann.Since metal alloys experience a reduction in their spatial volume during their solidification and subsequent cooling, the cast metal strand shrinks accordingly as it passes through the mold. It is also known that, in order to achieve the highest possible quality result, the cast metal strand should have as large a mechanical contact as possible with the inner surfaces of the mold plates when they pass through the mold. However, if the strand shell lifts off from the inner surface of the mold due to thermal shrinkage, this significantly reduces the heat flow from the metal strand at the relevant point, which results in a non-uniform quality of the strand surface and, in extreme cases, can lead to the strand shell being torn open.
Eine Maßnahme, um ein möglichst großflächiges und gleichmäßiges Anliegen des durch die Kokille hindurchtretenden Metallstranges zu erreichen, besteht darin, eine geringfügige Neigung zwischen den jeweils einander gegenüberliegenden Kokillenplatten vorzugeben, sodass sich der Querschnitt der Kokille vom eingießseitigen Ende zum austrittseitigen Ende entsprechend der Schrumpfung des Metallstranges verjüngt.One measure to ensure that the metal strand passing through the mold is as large and uniform as possible is to specify a slight inclination between the opposing mold plates, so that the cross section of the mold from the pouring end to the outlet end corresponds to the shrinkage of the metal strand rejuvenated.
Die Neigung der gegenüberliegenden Breitseitenplatten wird in der Regel durch eine trapezförmige Form der Schmalseitenplatten erreicht: da die Schmalseitenplatten die beiden Breitseitenplatten entlang ihrer Höhenerstreckung kontaktieren, besteht zwischen den jeweils oberen, eingießseitigen Enden der beiden Breitseitenplatten ein anderer Abstand als zwischen den unteren, austrittseitigen Enden der Breitseitenplatten. Der Quotient aus der Differenz zwischen den oberen Abständen f und den unteren Abständen d zwischen den Breitseitenplatten und der Kokillenhöhe H entsprechend
In ähnlicher Weise wird die Konizität der Schmalseitenplatten - im Weiteren auch als Schmalseitenkonizität Ks bezeichnet - üblicherweise als Differenz des Abstands e der eingießseitigen Enden der Schmalseitenplatten zueinander und des Abstands b der austrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten zueinander, welcher identisch zur Gießbreite b ist, gemäß
Da der Breitseitenkonus allein durch die geometrische Form der Schmalseitenplatten vorgegeben ist, kann darauf während des Gießbetriebes kein Einfluss genommen werden. Um daher den Kontakt der Kokilleninnenseite mit der Strangschale während des Gießvorganges zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, die Einfluss auf die Form der Schmalseitenplatten einer Kokille nehmen.Since the broadside cone is determined solely by the geometric shape of the narrow side plates, no influence can be exerted on it during the casting operation. In order to improve the contact of the inside of the mold with the strand shell during the casting process, solutions are known from the prior art which influence the shape of the narrow side plates of a mold.
Die Ausbildung der Strangschale beim Durchtritt des Metallstranges durch die Stranggusskokille hängt von unterschiedlichen Faktoren, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, der Zusammensetzung der Metallschmelze selbst, den Eigenschaften des Gießpulvers oder von der Kühlleistung der Kühlvorrichtung der Kokille ab, die den Wärmeübertrag vom gegossenen Metallstrang an die Kokille und damit den mechanischen Kontakt des Metallstranges mit der Kokille ebenfalls beeinflussen.The formation of the strand shell when the metal strand passes through the continuous casting mold depends on various factors, such as the casting speed, the composition of the molten metal itself, the properties of the casting powder or the cooling capacity of the cooling device of the mold, which also influence the heat transfer from the cast metal strand to the mold and thus the mechanical contact of the metal strand with the mold.
Aus der
Die
Die
Nachteilig bei allen vorgenannten Veröffentlichungen ist, dass zur Verbiegung der Schmalseitenplatten hohe mechanische Kräfte bzw. entsprechend komplexe Gewerke nötig sind.A disadvantage of all the publications mentioned above is that high mechanical forces or correspondingly complex trades are required to bend the narrow side plates.
Zudem wird bei den genannten Veröffentlichungen ein hypothetischer Erstarrungsverlauf der Strangschale angenommen, für den eine physikalische Modellbildung nötig ist, die wiederum von diversen Einflussfaktoren abhängt und daher mit dementsprechenden Unsicherheiten behaftet ist, da keine direkte Messung der tatsächlichen Kontaktfläche zwischen Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatte stattfindet.In addition, in the publications mentioned, a hypothetical solidification process of the strand shell is assumed, for which a physical modeling is necessary, which in turn depends on various influencing factors and is therefore subject to the corresponding uncertainties, since there is no direct measurement of the actual contact area between the strand shell and the inner surfaces of the mold plate .
Ein weiterer Nachteil der obengenannten Veröffentlichungen besteht darin, dass eine Regelung, die auf einem gemessenen Temperaturwert bzw. einem gemessenen Wärmestrom beruht, eine entsprechend inhärente Trägheit besitzt und daher nicht schnell genug auf sich rasch ändernde Produktionsbedingungen reagieren kann.Another disadvantage of the above-mentioned publications is that a control system which is based on a measured temperature value or a measured heat flow has a correspondingly inherent inertia and therefore cannot react quickly enough to rapidly changing production conditions.
Um nachteilige mechanische Belastungen der Schmalseitenplatten zu umgehen, schlägt die gegenständliche Erfindung daher vor, anstatt einer Verbiegung der Schmalseitenplatten diese während des Gießbetriebes in ihrer räumlichen Lage zu verändern, indem sie entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten geführt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Klemmkraft, die die Breitseitenplatten auf die Schmalseitenplatten ausüben, reduziert wird, dann die Schmalseitenplatten mithilfe entsprechender positionsgeregelter Aktoren entsprechend verstellt und schließlich der Anpressdruck der Breitseitenplatten auf den ursprünglichen Wert wieder eingestellt wird. Ein solcher Verstellvorgang erfolgt kontrolliert und derart, dass es trotz der nach außen wirkenden Kräfte der flüssigen Metallschmelze zu keinem plötzlichen Aufreißen der Strangschale kommt.In order to avoid disadvantageous mechanical loads on the narrow side plates, the present invention therefore proposes, instead of bending the narrow side plates, to change their spatial position during the casting operation by guiding them along the inner sides of the wide side plates. This happens because the clamping force, which exert the broad side plates on the narrow side plates is reduced, then the narrow side plates are adjusted accordingly using appropriate position-controlled actuators and finally the contact pressure of the broad side plates is reset to the original value. Such an adjustment process takes place in a controlled manner and in such a way that there is no sudden tearing of the strand shell despite the outward forces of the liquid metal melt.
Insbesondere kann so die der Schmalseitenkonizität an die von der Ausbildung der Strangschale herrührende Schrumpfung des Metallstranges angepasst werden, sodass die Kontaktfläche der Schmalseitenplatten mit der Strangschale möglichst groß ist. Dabei werden keine Kräfte für die Verbiegung der Schmalseitenplatten selbst aufgebracht und die Reibungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Kokillenplatten werden nicht unnötig erhöht.In particular, the narrow side taper can be adapted to the shrinkage of the metal strand resulting from the formation of the strand shell, so that the contact area of the narrow side plates with the strand shell is as large as possible. No forces are applied for the bending of the narrow side plates themselves and the frictional forces between the strand shell and the inner surfaces of the mold plates are not increased unnecessarily.
Bei einer in diesem Sinne optimalen Schmalseitenkonizität entspricht die Anstellung der Schmalseiten der Kokille genau der Schrumpfung des Strangs, die durch das Anwachsen der Strangschale hervorgerufen wird. Typische Werte der Schmalseitenkonizität liegen zwischen 0.9% und 1.3% der Gießbreite entsprechend der obengenannten Definition.If the narrow side taper is optimal in this sense, the setting of the narrow sides of the mold corresponds exactly to the shrinkage of the strand, which is caused by the growth of the strand shell. Typical values of the narrow side taper are between 0.9% and 1.3% of the pouring width according to the above definition.
Eine zu starke Konizität der Schmalseitenplatten, die eine Quetschung des Stranges durch die Kokille verursacht, bewirkt neben einer verstärkten Abnutzung der Kokillenoberfläche eine Erhöhung der Reibung zwischen Kokille und Strang. Unter Umständen kann beim Durchtreten des Metallstranges durch die Stranggusskokille im Kantenbereich, wo die Schmalseitenplatten und die Breitseitenplatten aufeinandertreffen, auch ein Ausbeulen der Strangschale nach innen erfolgen, was wiederum zu Längsfehlern im Metallstrang führt.Excessive taper of the narrow side plates, which causes the strand to be squeezed by the mold, causes increased wear on the mold surface and increases the friction between the mold and the strand. Under certain circumstances, when the metal strand passes through the continuous casting mold in the edge area where the narrow side plates and the wide side plates meet, the strand shell can also bulge inwards, which in turn leads to longitudinal defects in the metal strand.
Durch eine zu geringe Schmalseitenkonizität andererseits entsteht eine Lücke zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten der Kokille, was zu einem reduzierten Strangschalenwachstum aufgrund einer zu geringen Wärmeabfuhr über die Kokillenwände führen kann. Ein dadurch hervorgerufenes Ausbeulen des Strangs in der Kokille kann neben einer erhöhten Durchbruchswahrscheinlichkeit ebenfalls zu Qualitätsproblemen im Kantenbereich des Metallstranges führen.On the other hand, too little taper on the narrow side creates a gap between the strand shell and the narrow side plates of the mold, which leads to reduced strand shell growth due to insufficient heat dissipation through the mold walls. A resulting bulging of the strand in the mold can, in addition to an increased probability of breakdown, also lead to quality problems in the edge region of the metal strand.
Die optimale Schmalseitenkonizität hängt von diversen Produktionsparametern, wie z.B. der Schrumpfungscharakteristik der gegossenen Metallschmelze oder auch von der tatsächlichen Wärmeabfuhr, die unter anderem durch die Eigenschaften des Gießpulvers und die Gießgeschwindigkeit bestimmt wird, ab. Es ist daher sinnvoll, die Schmalseitenkonizität an die vorherrschend Gießbedingungen während des Gießens dynamisch anzupassen.The optimal narrow side taper depends on various production parameters, e.g. the shrinkage characteristics of the cast metal melt or also from the actual heat dissipation, which is determined, among other things, by the properties of the mold powder and the casting speed. It is therefore advisable to dynamically adapt the narrow side taper to the prevailing casting conditions during casting.
Das Einstellen der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille während des Gießbetriebes in Abhängigkeit von einem Produktionsparameter ist aus dem Stand der Technik bekannt. Um eine rasche Schmalseitenverstellung zu gewährleisten, kann die Klemmung der Breitseitenplatten beispielsweise permanent durch eine voreingestellte Federklemmung erfolgen, deren Klemmwirkung von einer entsprechenden Entklemmvorrichtung nur kurzzeitig während der Verstellung der Schmalseitenkonizität geöffnet wird, indem Aktoren der Entklemmvorrichtung die Klemmkraft der Federklemmung aufheben.The setting of the narrow side taper of a continuous casting mold during the casting operation as a function of a production parameter is known from the prior art. In order to ensure rapid adjustment of the narrow side, the wide side plates can be permanently clamped, for example, by means of a preset spring clamp, the clamping action of which is only briefly opened by a corresponding unclamping device during the adjustment of the narrow side taper by actuators of the unclamping device canceling the clamping force of the spring clamp.
So beschreibt die
Zum einen ist die in der
Die
Zwar erlaubt diese Erfindung wegen der druckgeregelten Ansteuerung der unteren Aktoren ein schnelles Reagieren auf wechselnde Produktionsbedingungen in Bezug auf den Kontakt der Schmalseitenplatten mit dem Metallstrang, jedoch erfolgt mit den Bewegungen der Aktoren gleichzeitig ein Verstellen des Schmalseitenkonus selbst, sodass das Anliegeverhalten der Schmalseitenplatten einerseits und der optimale Wert des Schmalseitenkonus andererseits nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Außerdem kann keine gleichmäßige Gießbreite aufrechterhalten werden, da bei einem Regelvorgang eine Verkippung der Schmalseitenplatten an ihrem unterem Ende erfolgt und zudem auch nicht gewährleistet werden kann, dass der Schmalseitenkonus auf beiden Seiten identisch ist, was zu einem uneinheitlichen Wachstum der Strangschale führen kann.Although this invention allows a quick reaction to changing production conditions with regard to the contact of the narrow side plates with the metal strand due to the pressure-controlled actuation of the lower actuators, the movements of the actuators simultaneously adjust the narrow side cone itself, so that the contact behavior of the narrow side plates on the one hand and on the other hand, the optimal value of the narrow side cone cannot be set independently of one another. In addition, a uniform pouring width cannot be maintained, since during a control process the narrow side plates are tilted at their lower end and, moreover, it cannot be guaranteed that the narrow side cone is identical on both sides, which can lead to non-uniform growth of the strand shell.
Weiterhin ist es üblich, aus bekannten Produktionsparametern wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze, der Gießbreite, der aktuellen Gießgeschwindigkeit oder eines aus gemessenen Temperaturwerten errechneten Wärmestromes, einen Wert für die Schmalseitenkonizität zu errechnen und diesen Wert manuell mittels des Automatisierungssystems der betreffenden Stranggießanlage vorzugeben. Diese Vorgehensweise beruht entweder auf Erfahrungswerten oder einer Modellannahme bezüglich des Strangschalenwachstums und ist daher mit entsprechend vielen Unsicherheiten behaftet, zudem ist eine genaue Reproduzierbarkeit wegen des manuellen Eingriffes nicht gegeben.It is also common to use known production parameters such as the composition of the molten metal, the casting width, the current casting speed or a heat flow calculated from measured temperature values, to calculate a value for the narrow side taper and to specify this value manually using the automation system of the relevant continuous casting plant. This procedure is based either on empirical values or a model assumption with regard to strand shell growth and is therefore subject to a corresponding number of uncertainties, and there is no precise reproducibility due to the manual intervention.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der vorgenannten Methoden zu überwinden und ein Verfahren zum Regeln der Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille zu offenbaren, das in Abhängigkeit von den aktuellen Prozessbedingungen eine möglichst schnelle und reproduzierbare Einstellung des optimalen Wertes der Schmalseitenkonizität im Sinne einer möglichst großen Kontaktfläche zwischen Strangschale und Kokilleninnenseite ohne unnötige Erhöhung der Reibungskräfte erlaubt.It is therefore an object of the present invention to overcome the disadvantages of the aforementioned methods and to disclose a method for regulating the narrow side taper of a continuous casting mold which, depending on the current process conditions, allows the optimum value of the narrow side taper to be set as quickly and reproducibly as possible in the sense of the greatest possible Contact surface between the strand shell and the inside of the mold is allowed without unnecessarily increasing the frictional forces.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the features of
Im Folgenden wird von einer Stranggusskokille ausgegangen, deren Schmalseitenplatten über jeweils zumindest zwei mechanische Aktoren entlang der Innenseiten der Breitseitenplatten verschoben werden können und wodurch eine nach innen gerichtete Kraft auf die Strangschale des gegossenen Metallstranges ausgeübt wird, um dem nach außen wirkenden ferrostatischen Druck der noch nicht durcherstarrten Metallschmelze entgegenzuwirken, da die Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten und die intrinsische Kohäsionskraft der Strangschale selbst nicht ausreichen, um ein Aufreißen des Stranges zu verhindern. Diese von den Schmalseitenplatten auf die Strangschale übertragenen Kräfte werden im Weiteren als Schmalseitenkräfte bezeichnet.In the following, a continuous casting mold is assumed, the narrow side plates of which can be moved along the inner sides of the broad side plates via at least two mechanical actuators, and as a result of which an inward force is exerted on the continuous shell of the cast metal strand in order to prevent the ferrostatic pressure acting on the outside from occurring to counteract solidified metal melt, since the clamping effect of the narrow side plates by the broad side plates and the intrinsic cohesive force of the strand shell itself are not sufficient to prevent the strand from tearing open. These forces transmitted from the narrow side plates to the strand shell are referred to below as narrow side forces.
Es wird angenommen, dass die Gießrichtung der Stranggusskokille 1 im Wesentlichen in Richtung der Erdbeschleunigung orientiert ist; daher steigt der ferrostatische Druck der in die Kokille 1 eingebrachten Metallschmelze in Gießrichtung entsprechend dem Verhalten einer Flüssigkeit linear mit dem Abstand zur Oberfläche der Metallschmelze an, die sich in Gießrichtung in einem Abstand entsprechend der Gießspiegelhöhe über den austrittseitigen Enden der Kokillenplatten befindet.It is assumed that the casting direction of the
Der Druckanstieg innerhalb der flüssigen Metallschmelze setzt sich naturgemäß auch unterhalb des austrittseitigen Endes der Stranggusskokille fort. Eine Abweichung vom linearen Anstiegsverhalten aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Dichte der Metallschmelze kann in dieser Betrachtung in guter Näherung vernachlässigt werden, da die Temperatur der in die Kokille eingebrachten Schmelze nur knapp über der Erstarrungstemperatur liegt.The increase in pressure within the molten metal melt naturally also continues below the outlet end of the continuous casting mold. A good approximation of a deviation from the linear rise behavior due to the temperature dependence of the density of the molten metal can be neglected, since the temperature of the melt introduced into the mold is only slightly above the solidification temperature.
Der ferrostatische Druck der Metallschmelze bewirkt nach außen gerichtete Kräfte, die durch entsprechend nach innen gerichtete Gegenkräfte kompensiert werden müssen, um ein Aufreißen der Strangschale zu verhindern.The ferrostatic pressure of the molten metal causes outward forces that have to be compensated by corresponding inward counter forces to prevent the strand shell from tearing open.
Beim Durchtreten der Metallschmelze durch die Stranggusskokille kommt es aufgrund der Kühlwirkung zur Ausbildung einer Strangschale entlang der Innenflächen der Kokillenplatten. Die Strangschale besitzt eine Eigenfestigkeit, die lokal von ihrer Dicke abhängt und die den nach außen wirkenden ferrostatischen Druck der Metallschmelze teilweise kompensiert. Der darüberhinausgehende Teil des ferrostatischen Drucks muss im Inneren der Stranggusskokille durch entsprechenden Gegendruck der Kokillenplatten kompensiert werden, um ein Aufreißen der Strangschale zu vermeiden.When the molten metal passes through the continuous casting mold, a cooling shell is formed along the inner surfaces of the mold plates due to the cooling effect. The strand shell has an inherent strength, which depends locally on its thickness and which partially compensates for the ferrostatic pressure of the molten metal acting outwards. The remaining part of the ferrostatic pressure inside the continuous casting mold must be compensated for by appropriate counterpressure of the mold plates in order to avoid tearing the strand shell.
Während sich durch die fest eingestellte Klemmung der Breitseitenplatten der entsprechende Gegendruck automatisch einstellt, muss der Gegendruck entlang der Schmalseitenplatten aktiv geregelt werden, da es zu keiner vollständigen Klemmwirkung der Schmalseitenplatten durch die Breitseitenplatten kommt. Die räumliche Position und Orientierung der Schmalseitenplatten erfolgt daher durch eine aktive Positionsregelung der die Schmalseitenplatten bewegenden mechanischen Aktoren.While the corresponding back pressure is automatically set due to the fixed clamping of the broad side plates, the back pressure must be along the narrow side plates be actively regulated, as there is no complete clamping effect of the narrow side panels through the wide side panels. The spatial position and orientation of the narrow side plates is therefore carried out by active position control of the mechanical actuators moving the narrow side plates.
Nach dem Austreten des Metallstranges aus der Stranggusskokille ist die Strangschale bereits soweit angewachsen, dass der die Eigenfestigkeit der Strangschale überschreitende ferrostatische Druck problemlos durch räumlich fest eingestellte bzw. positionsgeregelte Strangführungsrollen ausgeglichen werden kann, wobei die Strangführungsrollen die Oberfläche des ausgezogenen Metallstranges direkt abstützen.After the metal strand emerges from the continuous casting mold, the strand shell has already grown to such an extent that the ferrostatic pressure exceeding the intrinsic strength of the strand shell can be easily compensated for by spatially fixed or position-controlled strand guide rollers, the strand guide rollers directly supporting the surface of the extended metal strand.
Versuche zeigen, dass die Schmalseitenkräfte mit kleiner werdender Gießgeschwindigkeit (kleiner als 0.6 Meter pro Minute) bedingt durch die Ausbildung der Strangschale und der damit einhergehenden Strangschrumpfung stets abnehmen, bis der Metallstrang bei sehr kleinen Gießgeschwindigkeiten (0 bis 0.2 Meter pro Minute) den Kontakt mit den Kokillenschmalseiten fast vollständig verliert und die Schmalseitenkräfte gegen Null tendieren.Experiments show that the narrow side forces with decreasing casting speed (less than 0.6 meters per minute) always decrease due to the formation of the strand shell and the associated strand shrinkage, until the metal strand at very low casting speeds (0 to 0.2 meters per minute) comes into contact with loses the mold narrow sides almost completely and the narrow side forces tend towards zero.
Weiters zeigen Versuche, dass eine Verstellung der Schmalseitenkonizität einen direkten Einfluss auf die benötigten Schmalseitenkräfte bewirkt.Tests also show that adjusting the narrow side taper has a direct influence on the required narrow side forces.
Es liegt somit ein empirischer Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Gießgeschwindigkeit vor. Weiters besteht ein Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften und der Schmalseitenkonizität.There is therefore an empirical relationship between the narrow side forces and the casting speed. There is also a connection between the narrow side forces and the narrow side taper.
Die vorliegende Erfindung zur Einstellung eines möglichst optimalen Wertes der Schmalseitenkonizität, bei der die Anstellung der Schmalseitenplatten gegen die sich ausbildende Strangschale genau die Schrumpfung des Metallstranges ausgleicht, basiert auf der Ausnutzung dieses Zusammenhanges und schlägt ein
Verfahren zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität Ks einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges mit Hilfe zumindest eines Regelkreises vor, wobei die Stranggusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte umfasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Aktoren zum Positionieren der jeweiligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der Stranggusskokille angeordnet sind und wobei in Wirkrichtung jedes Aktors während des Betriebs der Stranggusskokille entsprechende Kräfte auftreten,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zyklusdurchlauf durch den zumindest einen Regelkreis
- ein Referenzdruck Pref als Führungsgröße und
- eine mittlere Flächenpressung Pmed zwischen den Schmalseitenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung Pmed aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelt wird,
- ein Regler in Abhängigkeit von einer Regelabweichung Pdif = Pref - Pmed als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität Ks als Stellgröße des Regelkreises ermittelt und dass
- über eine Regelstrecke mittels der Aktoren die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität Ks eingestellt wird.
A method for setting a narrow side taper K s of a continuous casting mold for the production of a metal strand using at least one control circuit, the continuous casting mold comprising a first and a second narrow side plate, on each of which at least two position-controlled actuators for positioning the respective narrow side plate at different distances from the end on the casting side the continuous casting mold is arranged and corresponding forces occur in the direction of action of each actuator during operation of the continuous casting mold,
characterized in that during a cycle run through the at least one control loop
- a reference pressure P ref as a reference variable and
- an average surface pressure P med between the narrow side plates and the metal strand as a control variable, the average surface pressure P med being determined from the forces occurring in the direction of action of the actuators,
- a controller as a function of a control deviation P dif = P ref - P med as the input variable determines the narrow side taper K s as the manipulated variable of the control loop and that
- The position of the first and / or the second narrow side plate is set according to the narrow side taper K s over a controlled system by means of the actuators.
Erfindungsgemäß kann jede der beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille von einem eigenen, unabhängigen Regelkreis positioniert werden, der nur die Aktoren der jeweiligen Schmalseitenplatte ansteuert. In diesem Fall hängt die Stellgröße des betreffenden Regelkreises von der Neigung der jeweiligen Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung ab und das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit zwei unabhängige Werte für die Schmalseitenkonizität - jeweils einen Wert für die erste und einen Wert für die zweite Schmalseitenplatte - der Stranggusskokille.According to the invention, each of the two narrow side plates of the continuous casting mold can be positioned by a separate, independent control circuit which only controls the actuators of the respective narrow side plate. In this case, the manipulated variable of the control loop in question depends on the inclination of the respective narrow side plate in relation to the casting direction, and the method according to the invention thus comprises two independent values for the narrow side conicity - in each case one value for the first and one value for the second narrow side plate - the continuous casting mold .
Alternativ kann jedoch auch ein gemeinsamer Regelkreis für beide Schmalseitenplatten verwendet werden, der dementsprechend die Aktoren beider Schmalseitenplatten ansteuert. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen gemeinsamen Wert für die Schmalseitenkonizität der Stranggusskokille, dessen Definition von den Neigungen beider Schmalseitenplatten in Bezug auf die Gießrichtung gleichermaßen abhängt.Alternatively, however, a common control loop can also be used for both narrow side plates, which accordingly controls the actuators of both narrow side plates. In this case, the method according to the invention comprises a common value for the narrow side taper of the continuous casting mold, the definition of which depends equally on the inclinations of both narrow side plates with respect to the casting direction.
Weiters kann der Regler des Regelkreises auch Filterungen enthalten, die entweder das Eingangssignal für eine im Regelkreis enthaltene Regelvorschrift aufbereiten oder das von der Regelvorschrift ermittelte Signal weiterverarbeiten, bevor es der Regelstrecke zugeleitet wird.Furthermore, the controller of the control loop can also contain filterings that either process the input signal for a control regulation contained in the control loop or process the signal determined by the control regulation before it is fed to the controlled system.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein schnelles Reagieren auf wechselnde Prozessbedingungen, da die Erfassung der Schmalseitenkräfte, die von den Prozessbedingungen beeinflusst werden, im Gegensatz zu Verfahren, die auf Temperatur- oder Wärmestrommessungen beruhen, praktisch in Echtzeit erfolgt.The method according to the invention enables a quick reaction to changing process conditions, since the detection of the narrow side forces which are influenced by the process conditions, in contrast to methods which are based on temperature or heat flow measurements, takes place practically in real time.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert zudem auf einem empirischen Zusammenhang zwischen den Schmalseitenkräften einerseits und den momentanen Gießparametern, wie z.B. der Gießgeschwindigkeit, dem Verhalten des Gießpulvers oder der Zusammensetzung der Metallschmelze andererseits, wobei dieser empirische Zusammenhang durch das Verhalten des Reglers modelliert wird. Daher erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine physikalische Modellierung der Auswirkungen der diversen Einflussgrößen, sondern beruht vielmehr auf der Messung der unmittelbaren Rückwirkung der Gießparameter in Form der Schmalseitenkräfte, sodass die Auswirkungen aller relevanter Gießparameter gleichermaßen und gleich schnell berücksichtigt werden.The method according to the invention is also based on an empirical relationship between the narrow side forces on the one hand and the current casting parameters, such as the casting speed, the behavior of the casting powder or the composition of the molten metal on the other hand, this empirical relationship being modeled by the behavior of the controller. Therefore, the method according to the invention does not require any physical modeling of the effects of the various influencing variables, but rather is based on the measurement of the direct reaction of the casting parameters in the form of the narrow side forces, so that the effects of all relevant casting parameters are taken into account equally and equally quickly.
So kann eine Abhebung der Strangschale von den Innenseiten der Schmalseitenplatten, hervorgerufen beispielsweise durch übermäßige Kühlung und damit einhergehender Strangschrumpfung, sofort detektiert werden, weil sich die für eine bestimmte Regelposition aufzubringenden Schmalseitenkräfte entsprechend verringern. Gleichermaßen kann eine Erhöhung der Schmalseitenkräfte, die eine Quetschung des Stranges bewirken würde und beispielsweise durch eine zu geringe Kühlleistung des Metallstranges hervorgerufen wird, unmittelbar ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird eine optimale Kraftverteilung der Aktoren und dementsprechend eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Schmalseitenplatten erreicht, ohne dass dabei die Reibungskräfte zwischen der Strangschale und den Innenflächen der Stranggusskokille unnötig erhöht werden.For example, a lifting of the strand shell from the inside of the narrow side plates, caused, for example, by excessive cooling and associated strand shrinkage, can be detected immediately because the narrow side forces to be applied for a specific control position decrease accordingly. Likewise, an increase in the narrow side forces, which would cause the strand to be crushed and is caused, for example, by an insufficient cooling capacity of the metal strand, can be compensated for directly. In this way, an optimal force distribution of the actuators and correspondingly the largest possible contact area between the strand shell and the inner surfaces of the narrow side plates is achieved without the frictional forces between the strand shell and the inner surfaces of the continuous casting mold being unnecessarily increased.
Weiters gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Reproduzierbarkeit, da die Anpassung der Schmalseitenkonizität an die augenblicklichen Produktionsbedingungen keine Bedienereingriffe benötigt sondern nur von den voreingestellten Parametern des Reglers bzw. von im Regler allenfalls durchgeführten Filterungen abhängt.Furthermore, the method according to the invention ensures good reproducibility, since the adaptation of the narrow side taper to the current production conditions does not require any operator intervention, but only depends on the preset parameters of the controller or on any filtering carried out in the controller.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Referenzdruck Pref eine Funktion der Dichte der flüssigen Metallschmelze ρliq, einer Gießspiegelhöhe h und eines dimensionslosen Korrekturfaktors S.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the reference pressure P ref is a function of the density of the molten metal ρ liq , a mold level h and a dimensionless correction factor S.
Unter der Dichte ρliq der Metallschmelze ist die Materialdichte der flüssigen Schmelze zu verstehen, deren physikalische Einheit beispielsweise in kg/m3 angegeben wird. Der Referenzdruck Pref hängt von der Dichte der Metallschmelze ρliq und von der Gießspiegelhöhe h ab, die als Abstand des Gießspiegels zum austrittseitigen Ende der Kokille definiert ist und enthält zudem einen weiteren dimensionslosen Korrekturfaktor S, der vorgegeben werden kann.The density ρ liq of the molten metal is to be understood as the material density of the liquid melt, the physical unit of which is given, for example, in kg / m 3 . The reference pressure P ref depends on the density of the molten metal ρ liq and on the level of the mold level h, which is defined as the distance between the mold level and the exit end of the mold, and also contains another dimensionless correction factor S that can be specified.
Der Referenzdruck Pref ist ein Parameter des Regelverfahrens und kann bei Bedarf auch während des Gießverfahrens, beispielsweise durch einen Bediener oder durch ein weiteres Leitsystem, neu eingestellt werden, um die Charakteristik des Regelkreises zu ändern. Dadurch ist es möglich, eine Änderung der Gießspiegelhöhe h während des Gießverfahrens zu berücksichtigen oder flexibel auf Änderungen der Gießparameter, wie z.B. einen Wechsel bei der Zusammensetzung der Metallschmelze, des Gießpulvers oder bei der Wärmeabfuhr der Kokille, zu reagieren.The reference pressure P ref is a parameter of the control process and can also be used, for example, during the casting process if required by an operator or by another control system, to change the characteristic of the control loop. This makes it possible to take into account a change in the mold level h during the casting process or to react flexibly to changes in the casting parameters, such as a change in the composition of the molten metal, the casting powder or in the heat dissipation of the mold.
Eine Adaption des Referenzdrucks kann beispielsweise auf Erfahrungswerten anhand der erfassten Gießparameter basieren, wodurch eine einmal unter bestimmten Gießbedingungen ermittelte, vorteilhafte Fahrweise der Stranggusskokille reproduziert werden kann.An adaptation of the reference pressure can be based, for example, on empirical values based on the recorded casting parameters, as a result of which an advantageous driving style of the continuous casting mold, once determined under certain casting conditions, can be reproduced.
Der Referenzdruck Pref kann beispielsweise durch den Ausdruck
Der Korrekturfaktor S besitzt bevorzugt einen Wertebereich von 0.7 - 3 und berücksichtigt die Eigentragfähigkeit der sich bildenden Strangschale, die die Wirkung des nach außen gerichteten ferrostatischen Drucks Pfer der Metallschmelze abschwächt, weiters die Wirkung der Reibungskräfte zwischen den Schmalseitenplatten und den Breitseitenplatten, die den von den Aktoren der Schmalseitenplatten aufgebrachten Kräften entgegenwirken und diese entsprechend verringern sowie die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten, die aufgrund der Schmalseitenkonizität eine nach außen gerichtete Kraftkomponente in Breitenrichtung der Stranggusskokille aufweist und vom Wert der Schmalseitenkonizität abhängt. Zudem kann der Korrekturfaktor S von der gewählten Gießgeschwindigkeit v abhängen, weil insbesondere die Reibung zwischen der Strangschale und den Schmalseitenplatten eine Gleitreibung darstellt und daher die dabei auftretenden Reibungskräfte von der Relativgeschwindigkeit zwischen den beteiligten Flächen abhängt.The correction factor S preferably has a value range of 0.7 - 3 and takes into account the inherent load-bearing capacity of the strand shell that forms, which weakens the effect of the outwardly directed ferrostatic pressure P fer of the molten metal, furthermore the effect of the frictional forces between the narrow side plates and the broad side plates, which differ from those of counteract the forces applied to the actuators of the narrow side plates and reduce them accordingly, and the friction between the strand shell and the narrow side plates, which due to the narrow side conicity has an outward force component in the width direction of the continuous casting mold and depends on the value of the narrow side conicity. In addition, the correction factor S can depend on the chosen casting speed v, because in particular the friction between the strand shell and the narrow side plates represents sliding friction and therefore the friction forces that occur depend on the relative speed between the surfaces involved.
Bei Werten von S < 1 überwiegt die Eigentragfähigkeit der Strangschale die Reibungskräfte zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale und kommt beispielsweise bei einem Betriebsmodus zur Anwendung, bei den die Breitseitenplatten nur mit sehr geringer Klemmwirkung gegen die Schmalseitenplatten angestellt werden, was auch als Soft-Clamping bezeichnet wird.With values of S <1, the self-supporting capacity of the strand shell outweighs the frictional forces between the narrow-side and broad-side plates or between the narrow-side plates and the strand shell and is used, for example, in an operating mode in which the broad-side plates are only applied with very little clamping action against the narrow-side plates what is also known as soft clamping.
Demgegenüber bedeuten Werte von S > 1, dass die Reibungskräfte zwischen den Schmalseiten- und den Breitseitenplatten bzw. zwischen den Schmalseitenplatten und der Strangschale überwiegen und von den Aktoren der Schmalseitenplatten entsprechend kompensiert werden müssen.In contrast, values of S> 1 mean that the frictional forces between the narrow-side and broad-side plates or between the narrow-side plates and the strand shell predominate and must be compensated accordingly by the actuators of the narrow-side plates.
Die Abhängigkeit des Korrekturfaktors S von der Gießgeschwindigkeit v kann beispielsweise durch ein Tabellenmodell beschrieben werden, das auf Erfahrungswerten beruht. Auch kann S von weiteren Faktoren, wie z.B. der Zusammensetzung der Metallschmelze oder des Gießpulvers abhängen, welche ebenfalls in einem empirisch erfassten Tabellenmodell abgebildet werden können.The dependence of the correction factor S on the casting speed v can be described, for example, by a table model based on empirical values. S can also be influenced by other factors, e.g. depend on the composition of the molten metal or the casting powder, which can also be shown in an empirically determined table model.
Die obengenannte Definition des Referenzdrucks Pref bietet den Vorteil, dass sie eine einfach zu handhabende empirische Modellierung der Führungsgröße des erfindungsgemäßen Regelkreises darstellt, die neben dem Korrekturfaktor S nur von ohnehin bekannten Prozessparametern abhängt und die daher mittels des Korrekturfaktor S beispielsweise in Bezug auf neue Zusammensetzungen der Metallschmelze oder des Gießpulvers in einfacher Weise erweitert werden kann und keiner aufwändigen physikalischen Simulationen bedarf.The above-mentioned definition of the reference pressure P ref offers the advantage that it is an easy-to-use empirical model of the command variable of the control loop according to the invention which, in addition to the correction factor S, depends only on process parameters which are known in any case and which can therefore be expanded in a simple manner by means of the correction factor S, for example in relation to new compositions of the molten metal or the casting powder, and does not require any complex physical simulations.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die mittlere Flächenpressung Pmed durch den Ausdruck
- F1,i
- die von einem Messglied des Regelkreises erfasste, am Aktor i der ersten Schmalseitenplatte auftretende Kraft,
- F2,j
- die von einem Messglied des Regelkreises erfasste, am Aktor j der zweiten Schmalseitenplatte auftretende Kraft,
- N1
- die Anzahl der Aktoren der ersten Schmalseitenplatte,
- N2
- die Anzahl der Aktoren der zweiten Schmalseitenplatte,
- h
- die Gießspiegelhöhe und
- d
- die Gießdicke
- F 1, i
- the force detected by a measuring element of the control circuit and occurring at the actuator i of the first narrow side plate,
- F 2, j
- the force detected by a measuring element of the control loop and occurring at the actuator j of the second narrow side plate,
- N1
- the number of actuators of the first narrow side plate,
- N2
- the number of actuators of the second narrow side plate,
- H
- the mold level and
- d
- the casting thickness
Die mittlere Flächenpressung Pmed stellt eine Mittelung über die Kräfte sämtlicher Aktoren der beiden Schmalseitenplatten dar, die die Aktoren auf die Schmalseitenplatten ausüben. Diese Kräfte können vorteilhafterweise sehr einfach und rasch mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden gemessen werden, wodurch der Regelkreis sehr rasch auf Regelabweichungen reagieren kann. Insbesondere ist ein viel rascheres Aussteuern von Regelabweichungen möglich, als dies bei temperatur- oder wärmestrombasierten Regelungen der Fall wäre, da Kraftmessungen innerhalb von Sekundenbruchteilen durchgeführt werden können.The mean surface pressure P med represents an averaging over the forces of all actuators of the two narrow side plates which the actuators exert on the narrow side plates. These forces can advantageously be measured very simply and quickly using methods known from the prior art, as a result of which the control loop detects control deviations very quickly can react. In particular, it is possible to control control deviations much more quickly than would be the case with temperature or heat flow-based controls, since force measurements can be carried out within fractions of a second.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung einer gemeinsamen Schmalseitenkonizität für beide Schmalseitenplatten symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung der Stranggusskokille unter Vorgabe der räumlichen Lage der Mittenlinie des Metallstranges in Bezug auf die Breitseitenplatten sowie eines Wertes für die Gießbreite b.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the setting of a common narrow side taper for both narrow side plates takes place symmetrically with respect to the casting direction of the continuous casting mold, with the spatial position of the center line of the metal strand in relation to the wide side plates and a value for the casting width b.
Es kann für jede der beiden Schmalseitenplatten mittels der in Breitenrichtung der Stranggusskokille wirkenden Aktoren, deren räumliche Anordnung bekannt ist, jeweils die Neigung der Schmalseitenplatte in Bezug auf die Gießrichtung sowie eine absolute räumliche Position vorgegeben werden, was - bezogen auf die gesamte Stranggusskokille - vier mechanische Freiheitsgrade darstellt.For each of the two narrow side plates, by means of the actuators acting in the width direction of the continuous casting mold, whose spatial arrangement is known, the inclination of the narrow side plate with respect to the casting direction and an absolute spatial position can be specified, which - based on the entire continuous casting mold - has four mechanical ones Represents degrees of freedom.
Wenn die Lage der Mittenlinie des produzierten Metallstranges in Bezug auf die Breitseitenplatten durch entsprechende Positionierung der Schmalseitenplatten konstant gehalten wird, sodass der Metallstrang nicht in Breitenrichtung relativ zu den Breitseitenplatten driftet, so verringert dies die Zahl der Freiheitsgrade um eins. Eine zusätzliche Vorgabe eines Abstandes der Schmalseitenplatten zueinander - beispielsweise des Abstandes der gießaustrittseitigen Enden der Schmalseitenplatten, welcher definitionsgemäß identisch zur Gießbreite b der Stranggusskokille ist - reduziert die Freiheitsgrade um einen weiteren. Wenn ferner auch die Neigungen der beiden Schmalseitenplatten symmetrisch in Bezug auf die Gießrichtung eingestellt werden, so stellt dies eine Einschränkung auf nur noch einen einzigen mechanischen Freiheitsgrad der Schmalseitenplatten dar, der durch einen entsprechend eindeutigen Wert für die Schmalseitenkonizität repräsentiert wird. Dadurch besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen einem Wert für die Schmalseitenkonizität Ks und den Positionswerten der einzelnen Aktoren sowohl der ersten als auch der zweiten Schmalseitenplatten, sodass aus einem Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität Ks entsprechende Positionswerte der Aktoren beider Schmalseitenplatten in eindeutiger Weise bestimmt werden können. Somit werden in diesem Fall die beiden Schmalseitenplatten der Stranggusskokille nicht mehr unabhängig voneinander, sondern von einen einzigen Regelkreis positioniert.If the position of the center line of the produced metal strand with respect to the broad side plates is kept constant by appropriate positioning of the narrow side plates so that the metal strand does not drift in the width direction relative to the broad side plates, this reduces the number of degrees of freedom by one. An additional specification of a distance between the narrow side plates to one another - for example the distance between the ends of the narrow side plates on the casting outlet side, which by definition is identical to the casting width b of the continuous casting mold - reduces the degrees of freedom by another. Furthermore, if the inclinations of the two narrow side plates are set symmetrically with respect to the casting direction, this represents a restriction to only a single degree of mechanical freedom of the narrow side plates, which is represented by a correspondingly unique value for the narrow side conicity. This means that there is a clear connection between a value for the narrow-side taper K s and the position values of the individual actuators of both the first and the second narrow-side plates, so that corresponding position values of the actuators of both narrow-side plates can be determined uniquely from a preset value for the narrow-side taper K s . In this case, the two narrow side plates of the continuous casting mold are no longer positioned independently of one another, but instead are positioned by a single control loop.
In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Gießbreite b während der Ausführung des Regelverfahrens zu ändern oder aber konstant zu lassen sowie einen Startwert für die Sollpositionen der einzelnen Aktoren beim erstmaligen Durchlauf durch den Regelkreis anzugeben. Ein konstanter Wert der Gießbreite b während des Gießverfahrens ist insbesondere hinsichtlich der Qualität des gegossenen Metallstranges wünschenswert, da nachfolgend aufwendige Maßnahmen zur Einstellung der Breite des Metallstranges, wie z.B. Brennschneiden oder seitliches Stauchen, entfallen können.In this context, it is also possible to change the casting width b during the execution of the control process or to leave it constant and to specify a starting value for the target positions of the individual actuators when they first pass through the control circuit. A constant value of the casting width b during the casting process is particularly desirable with regard to the quality of the cast metal strand, since subsequently complex measures for adjusting the width of the metal strand, such as e.g. Flame cutting or side upsetting can be omitted.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Regler des zumindest einen Regelkreises eine Regelvorschrift mit einer von der Regelabweichung abgeleiteten Eingangsgröße sowie einer Ausgangsgröße und es werden in jedem Zyklus des zumindest einen Regelkreises die Istpositionen {X1,i, X2,j} der Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte erfasst und daraus ein Istwert Is für die Schmalseitenkonizität Ks abgeleitet und diese durch Vorgabe von entsprechenden Sollpositionen {Y1,i, Y2,j} für die Aktoren zumindest einer der ersten oder der zweiten Schmalseitenplatte in einer die Wirkung der Schmalseitenkonizität auf die mittlere Flächenpressung abbildenden Regelstrecke des zumindest einen Regelkreises nur dann neu eingestellt, wenn eine Differenz zum ermittelten Istwert besteht.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the controller of the at least one control circuit comprises a control specification with an input variable derived from the control deviation and an output variable and the actual positions {X 1, i , X 2, j } of the at least one control circuit are generated in each cycle Actuators of at least one of the first or the second narrow side plates are detected and an actual value I s for the narrow side taper K s is derived therefrom and this by specifying corresponding target positions {Y 1, i , Y 2, j } for the actuators of at least one of the first or the second Narrow side plate in a controlled system of the at least one control loop that reproduces the effect of the narrow side taper on the mean surface pressure only if there is a difference to the determined actual value.
Die erfassten Istpositionen der Aktoren der Schmalseitenplatten stellen somit Eingangsgrößen und die ermittelten Sollpositionen für die Aktoren entsprechende Ausgangsgrößen des zumindest einen Regelkreises dar, die in jedem Durchlauf durch den zumindest einen Regelkreis jeweils neu ermittelt werden.The detected actual positions of the actuators of the narrow side plates thus represent input variables and the determined target positions for the actuators at least correspond to output variables represents a control loop, which are determined anew each time through the at least one control loop.
Stimmen daher der Istwert Is der Schmalseitenkonizität und die im aktuellen Zyklus des zumindest einen Regelkreises ermittelte Stellgröße, die identisch zum Sollwert der Schmalseitenkonizität Ks ist, überein, so kann eine Verstellung der Schmalseitenkonizität über die Regelstrecke unterbleiben. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn bei der Verstellung der Schmalseitenplatten üblicherweise auch eine Betätigung des Klemmmechanismus für die Breitseitenplatten erfolgen muss, die in diesem Fall unterbleiben kann. Ein derartiger Regelzyklus kann daher entsprechend schnell, d.h. innerhalb weniger Millisekunden oder schmeller, durchlaufen werden.If the actual value I s of the narrow side taper and the manipulated variable determined in the current cycle of the at least one control loop, which is identical to the nominal value of the narrow side taper K s , then there is no need to adjust the narrow side taper over the controlled system. This is particularly advantageous if, when adjusting the narrow side plates, the clamping mechanism for the wide side plates usually has to be actuated, which in this case can be omitted. Such a control cycle can therefore be run through correspondingly quickly, ie within a few milliseconds or less.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lautet eine Regelvorschrift des Reglers
- Pdif'
- eine aus einer Regelabweichung Pdif des Regelkreises abgeleitete Größe,
- Ks'
- eine von der Regelvorschrift des Regelkreises ermittelte Größe zur Ermittlung der Stellgröße Ks und
- k
- ein Proportionalitätsfaktor mit einem Wertebereich von 0.001 bis 0.1, bevorzugt von 0.005 bis 0.02
- P dif '
- a variable derived from a control deviation P dif of the control loop,
- K s '
- a variable determined by the regulation of the control loop for determining the manipulated variable K s and
- k
- a proportionality factor with a range of values from 0.001 to 0.1, preferably from 0.005 to 0.02
Die Regelvorschrift beschreibt dabei das Verhalten des Regelkreises in Abhängigkeit von der Regelabweichung und dient zur Ermittlung der Ausgangsgröße; die Bedeutung und Rolle der Regelvorschrift sind dabei im Kontext eines klassischen Regelkreises zu verstehen und somit dem Fachmann hinreichend bekannt.The rule specification describes the behavior of the control loop as a function of the control deviation and is used to determine the output variable; the meaning and role of the regulation are to be understood in the context of a classic control loop and are therefore well known to the person skilled in the art.
Durch diese Regelvorschrift können Regelabweichungen in sehr einfacher Weise parametriert werden: wenn der Proportionalitätsfaktor k einen Wert kleiner 1 besitzt, so bewirkt dies, dass die ermittelte Regelabweichung abgeschwächt in die Korrektur der Ausgangsgröße der Regelvorschrift einfließt, während bei Werten größer 1 die Regelabweichung verstärkt wird.With this rule specification, control deviations can be parameterized in a very simple manner: if the proportionality factor k has a value less than 1, this means that the determined control deviation is weakened into the correction of the output variable of the control specification, while for values greater than 1, the control deviation is amplified.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine erste Filterung der Regelabweichung Pdif des Regelkreises mittels eines zeitbezogenen Filters ΦT gemäß
- {Pdif} τ
- eine Menge von über eine Zeitspanne τ zurückreichenden, gespeicherten Werten der Regelabweichung Pdif aus vorangegangenen Zyklen des Regelkreises und
- Pdif'
- eine vom zeitbezogenen Filter ΦT ermittelte Eingangsgröße für die Regelvorschrift des Regelkreises
- {P dif } τ
- a set of over a period τ reaching back, stored values of the control deviation P dif from previous cycles of the control circuit and
- P dif '
- an input variable determined by the time-related filter Φ T for the control specification of the control loop
Diese Filterung kann beispielsweise in einer einfachen Mittelwertbildung aller verwendeten Werte der Regelabweichung bestehen. Es ist aber auch denkbar, aktuellere Werte stärker zu gewichten als länger zurückliegende Werte. So werden beispielsweise bevorzugt über eine Zeitspanne t = 5-10 Sekunden die historischen Werte der Regelabweichung mit berücksichtigt.This filtering can consist, for example, of a simple averaging of all the values of the control deviation used. However, it is also conceivable to weight current values more strongly than values from earlier times. For example, the historical values of the control deviation are preferably taken into account over a period of time t = 5-10 seconds.
Durch diese zeitliche Filterung der Regelabweichung werden hochfrequente Fluktuationen des Messsignals, die beispielsweise durch fehlerhafte Messungen hervorgerufen werden können, unterdrückt. Dies verhindert ein fehlerhaftes Verstellen der Schmalseitenplatten aufgrund falscher Messwerte oder aufgrund hochfrequenter Störeinflüsse und trägt zur Stabilisierung des Stranggussprozesses bei.This temporal filtering of the control deviation eliminates high-frequency fluctuations in the measurement signal, which can be caused, for example, by incorrect measurements. suppressed. This prevents incorrect adjustment of the narrow side plates due to incorrect measured values or due to high-frequency interference and helps to stabilize the continuous casting process.
In dem Fall, dass eine Verstellung der Schmalseitenkonizität ausgelöst wird, kann diese rasch durchgeführt werden, da wegen der ersten Filterung, die große Schwankungen der Regelabweichung ausfiltert, zumeist nur kleine Änderungen der Stellgröße durchzuführen sind. So verursacht beispielsweise eine Änderung von 0.1% der Schmalseitenkonizität bei einer Gießbreite von 2000mm bei einer üblichen Stranggusskokille, deren Gießspiegelhöhe typischerweise kleiner als 1000mm ist, lediglich eine Verstellung von weniger als 2mm im Bereich der eingießseitigen Aktoren. Der gesamte Vorgang einer derartigen Verstellung, umfassend das Lösen der Klemmung der Breitseitenplatten, das Verfahren der Schmalseitenplatten mittels der Aktoren und das erneute Klemmen der Breitseitenplatten, kann daher üblicherweise innerhalb einer Sekunde oder noch rascher durchgeführt werden, sodass eine sehr schneller Regelvorgang gegeben ist.In the event that an adjustment of the narrow side taper is triggered, this can be carried out quickly since, because of the first filtering, which filters out large fluctuations in the control deviation, usually only small changes in the manipulated variable have to be carried out. For example, a change of 0.1% of the narrow side taper at a casting width of 2000mm in a conventional continuous casting mold, the level of which is typically less than 1000mm, only causes an adjustment of less than 2mm in the area of the cast-side actuators. The entire process of such an adjustment, including releasing the clamping of the broad side plates, moving the narrow side plates by means of the actuators and then clamping the broad side plates again, can therefore usually be carried out within a second or even faster, so that a very fast control process is provided.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine zweite Filterung der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift mittels eines Sättigungsfilters ΦS gemäß
- Ks"
- eine mittels des Sättigungsfilter ΦS abgeleiteter Wert zur Ermittlung der Stellgröße Ks,
- Ks,min
- ein unterer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität Ks und
- Ks,max
- ein oberer Grenzwert für die Schmalseitenkonizität Ks
- K s "
- a value derived by means of the saturation filter Φ S for determining the manipulated variable K s ,
- K s, min
- a lower limit for the narrow side taper K s and
- K s, max
- an upper limit for the narrow side taper K s
Durch den Sättigungsfilter ΦS wird sichergestellt, dass die vom Regelkreis geregelte Schmalseitenkonizität Ks innerhalb des durch die Grenzwerte Ks,min und Ks,max festgelegten erlaubten Bereiches, z.B. innerhalb von 1.1 bis 1.2, verbleibt. Dabei sind die Grenzwerte Ks,min und Ks,max Parameter des Regelverfahrens, die üblicherweise fest voreingestellt sind, die aber auch während des Gießvorganges geändert werden können. So können die Grenzwerte Ks,min und Ks,max beispielsweise beim Wechsel zwischen zwei Metallchargen durch einen Bediener oder durch ein Leitsystem umgestellt werden, wenn eine geänderte Zusammensetzung der Metallschmelze dies erfordert.The saturation filter Φ S ensures that the narrow side taper K s regulated by the control loop remains within the permitted range defined by the limit values K s, min and K s, max , for example within 1.1 to 1.2. The limit values K s, min and K s, max are parameters of the control process, which are usually preset, but which can also be changed during the casting process. For example, the limit values K s, min and K s, max can be changed by an operator or by a control system when changing between two metal batches, if a changed composition of the molten metal requires this.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmalseitenkonizität Ks durch eine dritte Filterung eines aus der Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift abgeleiteten Wertes Ks" mittels eines Hysteresefilters ΦH gemäß
Entsprechend einem Zweipunktregler wird die Stellgröße des Regelkreises nur dann verändert, wenn sich der im aktuellen Zyklus des Regelkreises ermittelte Wert Ks vom momentanen Istwert Is der Schmalseitenkonizität betragsmäßig um mindestens den Wert λ unterscheidet. Dies bewirkt, dass ein Verstellen der Aktoren der Schmalseitenplatten nur dann durchgeführt wird, wenn sich der neu errechnete Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität vom bestehenden Wert z.B. um mehr als 0.05 unterscheidet, sodass beispielsweise bei lediglich geringfügigen Schwankungen der Produktionsbedingungen, die auf die Qualität des produzierten Metallstranges keine Auswirkung haben, die Schmalseitenplatten nicht unnötig verstellt und insbesondere die Klemmung der Breitseitenplatten nicht gelöst werden muss, was zu einer gleichbleibenden Stabilität des Stranggussprozesses und zur Schnelligkeit des Regelverfahrens beiträgt.According to a two-point controller, the manipulated variable of the control loop is only changed if the value K s determined in the current cycle of the control loop differs in amount by at least the value λ from the current actual value I s of the narrow side taper. This means that the actuators of the narrow side plates are only adjusted if the newly calculated default value for the narrow side taper differs from the existing value by more than 0.05, for example, so that, for example, only slight fluctuations in production conditions affect the quality of the metal strand produced have no effect, do not unnecessarily adjust the narrow side plates and in particular do not release the clamping of the broad side plates must, which contributes to a constant stability of the continuous casting process and to the speed of the control process.
Ferner betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität Ks einer Stranggusskokille für die Produktion eines Metallstranges, insbesondere zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren, wobei die Stranggusskokille eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte umfasst, an denen jeweils zumindest zwei positionsgeregelte Aktoren zum Positionieren der jeweiligen Schmalseitenplatte in unterschiedlichem Abstand zum eingießseitigen Ende der der Stranggusskokille angeordnet sind und wobei die Vorrichtung eine Regeleinheit und Einrichtungen zur Erfassung der während des Betriebs der Stranggusskokille in Wirkrichtung jedes Aktors auftretenden Kräfte verfügt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regeleinheit für einen Regelkreis eingerichtet ist, wobei der Regelkreis
- einen Referenzdruck Pref als Führungsgröße,
- eine mittlere Flächenpressung Pmed zwischen den Schmalseitenplatten und dem Metallstrang als Regelgröße, wobei die mittlere Flächenpressung Pmed aus den in Wirkrichtung der Aktoren auftretenden Kräften ermittelbar ist,
- einen Regler, durch den in Abhängigkeit von einer Regelabweichung Pdif = Pref - Pmed als Eingangsgröße die Schmalseitenkonizität Ks als Stellgröße des Regelkreises ermittelbar ist, und
- eine Regelstrecke, über die mittels der Aktoren die Position der ersten und/oder der zweiten Schmalseitenplatte entsprechend der Schmalseitenkonizität Ks einstellbar ist,
Device for setting a narrow side taper K s of a continuous casting mold for the production of a metal strand, in particular for carrying out one of the methods described, the continuous casting mold comprising a first and a second narrow side plate, on each of which at least two position-controlled actuators for positioning the respective narrow side plate at different distances from the are arranged on the pour-side end of the continuous casting mold and the device has a control unit and devices for detecting the forces occurring in the direction of action of each actuator during operation of the continuous casting mold,
characterized in that
the control unit is set up for a control loop, the control loop
- a reference pressure P ref as a reference variable,
- an average surface pressure P med between the narrow side plates and the metal strand as a controlled variable, the average surface pressure P med being able to be determined from the forces occurring in the direction of action of the actuators,
- a controller, by means of which, depending on a control deviation P dif = P ref - P med, the narrow side taper K s as the manipulated variable of the control loop can be determined as an input variable, and
- a controlled system, via which the position of the first and / or the second narrow side plate can be adjusted according to the narrow side taper K s by means of the actuators,
Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung einer Schmalseitenkonizität einer Stranggusskokille korrespondieren im Wesentlichen mit denen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The advantageous configurations of the device according to the invention for setting a narrow side taper of a continuous casting mold essentially correspond to those of the method according to the invention.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der Aktoren ein hydraulisch bewegter Aktor.In a preferred embodiment of the device according to the invention, at least one of the actuators is a hydraulically moved actuator.
Derartige Aktoren können sehr rasch verfahren werden, da kein Getriebe benötigt wird und sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.Such actuators can be moved very quickly since no gear is required and are sufficiently known from the prior art.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der hydraulisch bewegten Aktoren ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder.In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, at least one of the hydraulically moved actuators is a double-acting hydraulic cylinder.
Doppeltwirkende Hydraulikzylinder bieten den Vorteil, dass die vom jeweiligen Aktor aufgebrachte Kraft sehr einfach durch zwei Drucksensoren pro Aktor bestimmt werden kann, da die Kraft durch den Differenzdruck zwischen den beiden Kammern und die Querschnittsfläche des Kolbens des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders bestimmt ist. Daher ist auch eine Nachrüstung einer bestehenden Stranggusskokille, die bereits über derartige Hydraulikzylinder zur Verstellung der Schmalseitenplatten verfügt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, da lediglich Sensoren zur Erfassung der entsprechenden Drücke sowie der Verfahrpositionen der entsprechenden Aktoren installiert werden müssen.Double-acting hydraulic cylinders offer the advantage that the force applied by the respective actuator can be determined very easily by two pressure sensors per actuator, since the force is determined by the differential pressure between the two chambers and the cross-sectional area of the piston of the double-acting hydraulic cylinder. It is therefore also possible to retrofit an existing continuous casting mold, which already has such hydraulic cylinders for adjusting the narrow side plates, to carry out the method according to the invention in a simple and cost-effective manner, since only sensors for detecting the corresponding pressures and the travel positions of the corresponding actuators have to be installed.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt zumindest einer der Aktoren einen elektrischen Drehantrieb.In a further embodiment of the device according to the invention, at least one of the actuators has an electrical rotary drive.
Derartige Aktoren erlauben eine einfache Ermittlung der Aktorposition anhand der Stellung der Antriebsachse des elektrisch betriebenen Motors oder einer Achse des Getriebes, das üblicherweise zwischen dem Motor und dem linear bewegten Angriffspunkt des betreffenden Aktors zum Einsatz kommt. Die an den Angriffspunkten der Aktoren auftreten Kräfte können z.B. über Dehnungsmessstreifen erfasst werden.Such actuators allow simple determination of the actuator position on the basis of the position of the drive axis of the electrically operated motor or an axis of the transmission, that is usually used between the motor and the linearly moving point of application of the actuator in question. The forces that occur at the points of application of the actuators can be measured, for example, using strain gauges.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest einer der elektrisch angetriebenen Aktoren ein Linearmotor.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, at least one of the electrically driven actuators is a linear motor.
Linearmotoren benötigen kein Getriebe und weisen daher kein mechanisches Spiel auf. Weiters bieten sie den Vorteil, dass aus der Kraft-Geschwindigkeitskennlinie bzw. aus der Kraft-Strom-Kennlinie die auftretende Kraft ohne weitere Kraftsensoren direkt bestimmt werden kann.Linear motors do not require a gear and therefore have no mechanical play. They also offer the advantage that the force occurring can be determined directly from the force-speed characteristic or from the force-current characteristic without additional force sensors.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen
- FIG 1a
- eine perspektivische Darstellung einer Stranggusskokille,
- FIG 1b
- einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Breitenrichtung,
- FIG 1c
- einen Schnitt durch eine Stranggusskokille normal zur Dickenrichtung,
- FIG 2
- schematisch die in Breitenrichtung der Kokille auftretenden Kräfte,
- FIG 3
- den Signalfluss einer Schmalseitenplatte eines erfindungsgemäßen Regelkreises und
- FIG 4
- den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Regelkreises einer Schmalseitenplatte mit zwei Aktoren.
- FIG 1a
- a perspective view of a continuous casting mold,
- 1b
- a section through a continuous casting mold normal to the width direction,
- 1c
- a section through a continuous casting mold normal to the thickness direction,
- FIG 2
- schematically the forces occurring in the width direction of the mold,
- FIG 3
- the signal flow of a narrow side plate of a control circuit according to the invention and
- FIG 4
- the schematic structure of a control circuit according to the invention of a narrow side plate with two actuators.
Weiters sind in
Am eingießseitigen Ende 3 wird flüssige Metallschmelze unter Beigabe von Gießpulver in den Innenraum der Stranggusskokille 1 eingebracht, wo die Metallschmelze in Gießrichtung G weitertransportiert und am austrittseitigen Ende 3' in Form eines teilerstarrten Metallstranges 5 aus der Kokille 1 ausgezogen wird. Der Metallstrang 5 weist dabei bezogen auf die Normalebene zur Gießrichtung G einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen kurze Seite in Dickenrichtung D und dessen lange Seite in Breitenrichtung B orientiert ist.At the
Der Abstand f der Innenflächen der Breitseitenplatten 2, 2' am eingießseitigen Ende 3 ist größer als der entsprechende Abstand d am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei d auch als Gießdicke bezeichnet wird, da der gegossene Metallstrang 5 (in
In
Der Abstand e der Innenflächen der Schmalseitenplatten 4, 4' am eingießseitigen Ende 3 ist wiederum größer als der entsprechende Abstand b am austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1, wobei b als Gießbreite bezeichnet wird.The distance e between the inner surfaces of the
An den Außenseiten der Schmalseitenplatten 4, 4' greift jeweils ein oberer Aktor A1,1 bzw. A2,1 nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 und jeweils ein unterer Aktor A1,2 bzw. A2,2 nahe dem austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 an. Mittels der in Breitenrichtung B wirkenden Aktoren A1,1 bzw. A1,2 kann die ersten Schmalseitenplatte 4 hinsichtlich ihrer Neigung zur Gießrichtung G und ihrer Position in Breitenrichtung B verfahren bzw. in einer bestimmten Position gehalten werden, wobei am oberen Aktor A1,2 die Kraft F1,1 und am unteren Aktor A1,2 die Kraft F1,2 entlang der Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt. Dementsprechend werden mittels der Aktoren A2,1 bzw. A2,2 die Neigung und die Position der zweiten Schmalseitenplatte 4' eingestellt bzw. beibehalten, wobei am oberen Aktor A2,1 die Kraft F2,1 und am unteren Aktor A2,2 die Kraft F2,2 in Wirkrichtung des jeweiligen Aktors auftritt.On the outer sides of the
Mit den oben genannten Definitionen und den in
Es sind jedoch auch andere Berechnungsvorschriften für die Konizitäten denkbar, beispielsweise kann die Schmalseitenkonizität Ks auch auf die Kokillenhöhe H bezogen werden.However, other calculation rules for the taper are also conceivable, for example the narrow side taper K s can also be related to the mold height H.
Nahe dem eingießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 wird die Oberfläche der eingegossenen Metallschmelze 10 auch als Gießspiegel 12 bezeichnet, der sich in einem Abstand h - der sogenannten Gießspiegelhöhe - über dem austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 befindet. Am austrittseitigen Ende 3' wird der teilerstarrte Metallstrang 5 aus der Stranggusskokille 1 ausgezogen, wobei die bereits gebildete Strangschale 13 in Breitenrichtung B durch seitliche Strangführungsrollen 14 und 14' gestützt wird.Near the pouring-
Mit F1,1 und F2,1 sind wie in
In
Die flüssige Metallschmelze 10, die während des Stranggießens nahe dem oberen, eingießseitigen Ende 3 in die Stranggusskokille 1 eingebracht wird, bildet mit ihrer Oberfläche den Gießspiegel 12 in einem Abstand entsprechend der Gießspiegelhöhe h über dem unteren, austrittseitigen Ende 3' der Stranggusskokille 1 aus. In Gießrichtung G unterhalb der ersten Schmalseitenplatte 4 wird die erstarrte Strangschale 13 von seitlichen Strangführungsrollen 14 gestützt.The
Der Aktor A1,1 greift nahe dem oberen, gießseitigen Ende 3 der Stranggusskokille 1 an der ersten Schmalseitenplatte 4 an und kann diese an diesem Angriffspunkt in Breitenrichtung B verschieben; analog dazu kann die erste Schmalseitenplatte 4 vom Aktor A1,2, der in der Nähe des unteren, austrittseitigen Endes 3' an der ersten Schmalseitenplatte 4 angreift, ebenfalls in Breitenrichtung B bewegt werden.The actuator A 1 , 1 engages near the upper, casting-
Zur Erfassung der augenblicklichen Lage der ersten Schmalseitenplatte 4 werden von den Aktoren A1,1 und A1,2 die jeweiligen Positionswerte X1,1 und X1,2 an die Regeleinheit 8 übermittelt, die von entsprechenden Positionssensoren 16 des jeweiligen Aktors ermittelt werden. Zudem werden die Drücke der beiden Kammern jedes doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mittels entsprechender Drucksensoren 11 erfasst und an die Regeleinheit 8 übermittelt. Aus der Differenz dieser Drücke lassen sich die Kräfte F1,1 und F1,2, mit denen die Aktoren A1,1 und A1,2 auf die erste Schmalseitenplatte 4 einwirken, ermitteln. Weiters werden die Aktoren A1,1 und A1,2 von hydraulischen Antriebseinheiten 9 mit entsprechen Mengen an Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, sodass die Kolben der Aktoren entsprechend den von der Regeleinheit 8 ermittelten Sollpositionen Y1,1 und Y1,2 bewegt werden. Die hydraulischen Antriebseinheiten 9 können beispielsweise Hydraulikpumpen oder Hydraulikventile sein, die das jeweils benötigte Volumen an Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stellen. Für die in
Ein Zyklus des Regelkreises 15 läuft für eine Stranggusskokille 1, umfassend eine erste und eine zweite Schmalseitenplatte 4 und 4', folgendermaßen ab:
- Die von den Aktoren A1,i an
die erste Schmalseitenplatte 4 übertragenen Kräfte F1,i und die von den Aktoren A2,j an die zweite Schmalseitenplatte 4' übertragenen Kräfte F2,j werden ineinem Messglied 26 erfasst, woraus zusammen mit den Werten der Gießspiegelhöhe h und der Gießdicke d die Regelgröße des Regelkreises 15 in Form einer mittlere Flächenpressung Pmed (mit Druck als physikalischer Einheit) ermittelt wird. Die Indizes i bzw. j umfassen dabei den Wertebereich {1, ... N1} bzw. {1, ... N2}, wobei N1 bzw. N2 die Anzahl der Aktoren an der ersten bzw.zweiten Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' bezeichnen. - Als Führungsgröße des Regelkreises 15 wird ein Referenzdruck Pref aus der Dichte der flüssigen Metallschmelze ρliq, der Gießspiegelhöhe h und einem dimensionslosen Korrekturfaktor S herangezogen. Dabei können die Werte von h, ρliq und S für jede gegossenen Charge entweder fest vorgegeben werden oder auch während des Gießvorganges geändert werden. Insbesondere kann die aktuelle Gießspiegelhöhe h messtechnisch erfasst und der erhaltene
Momentanwert dem Regelkreis 15 übermittelt werden. - Es wird der aktuelle Wert der Regelabweichung Pdif des Regelkreises 15 gemäß
FIG 4 nicht dargestellt) gespeichert unddem Regler 21 des Regelkreises 15 zugeleitet, wobei der Regler 21 neben der eigentlichen Regelvorschrift 25 im vorliegenden Beispiel eine erste, zweite und dritte Filterung 22, 23und 24 beinhaltet. - Im nächsten Schritt wird aus dem aktuellen Wert von Pdif zusammen mit gespeicherten Werten der Regelabweichung aus früheren Durchläufen durch
den Regelkreis 15 mittels einer ersten Filterung 22, die einen zeitbezogenen Filter ΦT verwendet, der eine zurückliegende Zeitspanne τ umspannt, ein gefilterter Wert Pdif' aus der Regelabweichung bestimmt, wobei der Filter ΦT dazu dient, kurzzeitige Abweichungen und hochfrequente Störeinflüsse auszufiltern und so einen zeitlich geglätteten Wert der Regelabweichung zu ermitteln. - In
der Regelvorschrift 25 des Regelkreises werden die Istwerte der Positionen X1,i der Aktoren A1,i der ersten Schmalseitenplatte 4 und die Istwerte der Positionen X2,j der Aktoren A2,j der zweiten Schmalseitenplatte 4' mit Hilfe von Positionssensoren 16 (inFIG 4 nicht dargestellt) erfasst und daraus entsprechend den geometrischen Verhältnissen der Stranggusskokille 1 ein Istwert Is für dieSchmalseitenkonizität der Stranggusskokille 1 bestimmt. Aus dem Istwert Is und aus dem zeitlich gefilterten Wert Pdif' wird eine Ausgangsgröße Ks' der Regelvorschrift 25 derart bestimmt, dass über die Wirkung der Aktoren A1,i bzw. A2,j inder Regelstrecke 20 der Regelabweichung Pdif entgegengewirkt wird. - Anschließend wird in einer zweiten Filterung 23 mittels eines Sättigungsfilters ΦS, der die erlaubte Untergrenze Ks,min bzw. Obergrenze Ks,max als Parameter für die Schmalseitenkonizität Ks beinhaltet, aus der Ausgangsgröße Ks'
der Regelvorschrift 25 ein abgeleiteter Wert Ks" bestimmt. Dadurch wird verhindert, dass die Schmalseitenkonizität Ks die vorgegebenen Grenzwerte bei großer oder permanent andauernder Regelabweichung Pdif über- oder unterschreitet, was insbesondere bei einer Proportionalregelung inder Regelvorschrift 25 bewirkt würde. - Danach wird in einer dritten Filterung 24 mittels eines Hysteresefilters ΦH aus dem abgeleiteten Wert Ks" der neu einzustellende Wert für die Schmalseitenkonizität Ks bestimmt, der gleichzeitig die Stellgröße des Regelkreises 15 darstellt. Der Hysteresefilter ΦH beinhaltet dabei einen Parameter λ, der den Schwellwert des Hysteresefilters beschreibt. Dieser Parameter legt die minimale Differenz zwischen der Stellgröße Ks und dem zugehörigen Istwert Is fest, ab der eine Verstellung der Schmalseitenplatten 4 bzw. 4' tatsächlich durchgeführt wird. Differenzen unterhalb des Schwellwertes λ werden vom Hysteresefilter ΦH unterdrückt, indem die Stellgröße Ks dem Istwert Is gleichgesetzt wird.
- In
der Regelstrecke 20 des Regelkreises 15 werden aus dem neuen Vorgabewert für die Schmalseitenkonizität Ks und aus der Gießbreite b die entsprechenden Sollpositionen Y1,i bzw. Y2,j der Aktoren A1,i bzw. A2,j der ersten bzw.zweiten Schmalseitenplatte 4 bzw. 4' ermittelt und eine Verstellung der Schmalseitenplatten durch entsprechende Anstellung der Aktoren veranlasst, wobei die Verstellung nur dann durchgeführt wird, wenn sich die Stellgröße Ks und der zugehörige Istwert Is unterscheiden.
- The forces F 1, i transmitted by the actuators A 1, i to the first
narrow side plate 4 and the forces F 2, j transmitted by the actuators A 2, j to the second narrow side plate 4 'are recorded in a measuringelement 26, which together with the controlled variable of thecontrol circuit 15 is determined in the form of an average surface pressure P med (with pressure as the physical unit), the values of the mold level h and the casting thickness d. The indices i and j comprise the value range {1, ... N1} or {1, ... N2}, where N1 or N2 is the number of actuators on the first or secondnarrow side plate 4 or 4 ' describe. - A reference pressure is used as the reference variable of the control circuit 15 P ref from the density of the molten metal ρ liq , the casting level height h and a dimensionless correction factor S. The values of h, ρ liq and S for each cast batch can either be specified or changed during the casting process. In particular, the current mold level h can be measured and the instantaneous value obtained can be transmitted to the
control circuit 15. - The current value of the control deviation P dif of the
control circuit 15 is shown in FIGFIG 4 not shown) stored and fed to thecontroller 21 of thecontrol circuit 15, thecontroller 21 in addition to theactual regulation 25 in the present example including a first, second and 22, 23 and 24.third filtering - In the next step, a filtered value P dif is made from the current value of P dif together with stored values of the control deviation from previous runs through the
control circuit 15 by means of afirst filtering 22, which uses a time-related filter Φ T that spans a past time period τ 'determined from the control deviation, the filter Φ T being used to filter out short-term deviations and high-frequency interference and thus to determine a time-smoothed value of the control deviation. - In the
regulation 25 of the control loop, the actual values of the positions X 1, i of the actuators A 1, i of the firstnarrow side plate 4 and the actual values of the positions X 2, j of the actuators A 2, j of the second narrow side plate 4 'are made with the help of position sensors 16 (inFIG 4 not shown) recorded and an actual value I s for the narrow side taper of thecontinuous casting mold 1 is determined therefrom in accordance with the geometric conditions of thecontinuous casting mold 1. The actual value I s and the time-filtered value P dif 'becomes an output variable K s ' of theregulation 25 is determined such that the effect of the actuators A 1, i or A 2, j in the controlledsystem 20 counteracts the control deviation P dif . - Subsequently, the control law in a
second filtering 23 by a saturation filter Φ S, S min is the allowed lower limit of K, or the upper limit K s, max as a parameter for Schmalseitenkonizität K s includes, from the output ofK s' 25 is a derived value K s "is determined. This will prevent that the Schmalseitenkonizität K s, which would be caused particularly in a proportional control in thecontrol law 25 dif exceed the predetermined limit values at high or permanently persistent control deviation P or below. - Then, in a
third filtering 24, a hysteresis filter Φ H is used to determine the newly set value for the narrow side conicity K s from the derived value K s ″, which value simultaneously represents the manipulated variable of thecontrol circuit 15. The hysteresis filter Φ H contains a parameter λ which This parameter defines the minimum difference between the manipulated variable K s and the associated actual value I s , from which adjustment of thenarrow side plates 4 or 4 'is actually carried out. Differences below the threshold value λ are caused by the hysteresis filter Φ H suppressed by setting the manipulated variable K s to the actual value I s . - In the
control path 20 of theloop 15 are out of the new default value for the Schmalseitenkonizität K s and from the casting width b the corresponding desired positions Y 1, i, Y 2, j of the actuators A 1, i, A 2, j of the first or The secondnarrow side plate 4 or 4 'is determined and the narrow side plates are adjusted by adjusting the actuators accordingly, the adjustment being carried out only if the manipulated variable K s and the associated actual value I s differ.
- 11
- StranggusskokilleContinuous casting mold
- 2, 2'2, 2 '
- BreitseitenplatteBroad side plate
- 33rd
- eingießseitiges Endepour end
- 3'3 '
- austrittseitiges Endeexit end
- 44th
- erste Schmalseitenplattefirst narrow side plate
- 4'4 '
- zweite Schmalseitenplattesecond narrow side plate
- 55
- MetallstrangMetal strand
- 6, 6'6, 6 '
- Backupplatte SchmalseiteBack plate narrow side
- 7, 7'7, 7 '
- Backupplatte BreitseiteBack plate broadside
- 88th
- RegeleinheitControl unit
- 99
- hydraulische Antriebseinheithydraulic drive unit
- 1010th
- MetallschmelzeMolten metal
- 1111
- Drucksensor, Einrichtung zur KrafterfassungPressure sensor, device for force detection
- 1212
- GießspiegelCasting level
- 1313
- StrangschaleStrand shell
- 14, 14'14, 14 '
- StrangführungsrollenStrand guide rollers
- 1515
- RegelkreisControl loop
- 1616
- PositionssensorPosition sensor
- 2020th
- RegelstreckeControlled system
- 2121st
- ReglerRegulator
- 2222
- erste Filterungfirst filtering
- 2323
- zweite Filterungsecond filtering
- 2424th
- dritte Filterungthird filtering
- 2525th
- RegelvorschriftRegulation
- 2626
- MessgliedMeasuring element
- A1,i A 1, i
- Aktor i der ersten SchmalseitenplatteActuator i of the first narrow side plate
- A2,j A 2, j
- Aktor j der zweiten SchmalseitenplatteActuator j of the second narrow side plate
- A1,1 A 1.1
- eingießseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplattepouring-side actuator of the first narrow side plate
- A1,2 A 1.2
- austrittseitiger Aktor der ersten Schmalseitenplatteoutlet-side actuator of the first narrow side plate
- A2,1 A 2.1
- eingießseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplattepouring-side actuator of the second narrow side plate
- A2,2 A 2.2
- austrittseitiger Aktor der zweiten Schmalseitenplatteoutlet-side actuator of the second narrow side plate
- bb
- GießbreiteCasting width
- BB
- BreitenrichtungWidth direction
- dd
- GießdickeCasting thickness
- DD
- DickenrichtungThickness direction
- ee
- eingießseitiger Abstand der Schmalseitenplattendistance on the pouring side of the narrow side plates
- ff
- eingießseitiger Abstand der Breitseitenplattendistance on the casting side of the wide side plates
- F1,i F 1, i
- Kraft an Aktor i der ersten SchmalseitenplatteForce on actuator i of the first narrow side plate
- F2,j F 2, j
- Kraft an Aktor j der zweiten SchmalseitenplatteForce on actuator j of the second narrow side plate
- F1,1 F 1.1
- Kraft am eingießseitigen Aktor der ersten SchmalseitenplatteForce on the casting-side actuator of the first narrow side plate
- F1,2 F 1.2
- Kraft am austrittseitigen Aktor der ersten SchmalseitenplatteForce on the outlet-side actuator of the first narrow side plate
- F2,1 F 2.1
- Kraft am eingießseitigen Aktor der zweiten SchmalseitenplatteForce on the casting-side actuator of the second narrow side plate
- F2,2 F 2.2
- Kraft am austrittseitigen Aktor der zweiten SchmalseitenplatteForce on the outlet side actuator of the second narrow side plate
- ΦH Φ H
- HysteresefilterHysteresis filter
- ΦS Φ p
- SättigungsfilterSaturation filter
- ΦT Φ T
- zeitbezogener Filtertime-related filter
- GG
- GießrichtungPouring direction
- hH
- GießspiegelhöheCasting level height
- HH
- KokillenhöheMold height
- ii
- Index bezüglich erster SchmalseitenplatteIndex regarding the first narrow side plate
- Is I s
- Istwert der SchmalseitenkonizitätActual value of the narrow side taper
- jj
- Index bezüglich zweiter SchmalseitenplatteIndex regarding the second narrow side plate
- Ks K s
- Schmalseitenkonizität, StellgrößeNarrow side taper, manipulated variable
- Ks'K s '
- Ausgangsgröße der RegelvorschriftInitial size of the rule
- Ks"K s "
- abgeleiteter Wertderived value
- Ks,min K s, min
- unterer Grenzwert für Schmalseitenkonizitätlower limit for narrow side taper
- Ks,max K s, max
- oberer Grenzwert für Schmalseitenkonizitätupper limit for narrow side taper
- λλ
- SchwellwertThreshold
- MM
- MittenlinieCenter line
- N1N1
- Anzahl der Aktoren der ersten SchmalseitenplatteNumber of actuators on the first narrow side plate
- N2N2
- Anzahl der Aktoren der zweiten SchmalseitenplatteNumber of actuators on the second narrow side plate
- Pdif P dif
- RegelabweichungControl deviation
- Pdif'P dif '
- gefilterter Wert der Regelabweichung, Eingangsgröße der Regelvorschriftfiltered value of the control deviation, input variable of the control regulation
- Pmed P med
- mittlere Flächenpressung, Regelgrößemedium surface pressure, controlled variable
- Pref P ref
- Referenzdruck, FührungsgrößeReference pressure, reference variable
- ρliq ρ liq
- Dichte der flüssigen MetallschmelzeDensity of the molten metal
- SS
- dimensionsloser Korrekturfaktordimensionless correction factor
- ττ
- ZeitspannePeriod of time
- X1,i X 1, i
- Istposition des Aktors i der ersten SchmalseitenplatteActual position of the actuator i of the first narrow side plate
- X2,j X 2, j
- Istposition des Aktors j der zweiten SchmalseitenplatteActual position of the actuator j of the second narrow side plate
- X1,1 X 1.1
- Istposition des eingießseitigen Aktors der ersten SchmalseitenplatteActual position of the casting-side actuator of the first narrow side plate
- X1,2 X 1.2
- Istposition des austrittseitigen Aktors der ersten SchmalseitenplatteActual position of the outlet-side actuator of the first narrow side plate
- X2,1 X 2.1
- Istposition des eingießseitigen Aktors der zweiten SchmalseitenplatteActual position of the casting-side actuator of the second narrow side plate
- X2,2 X 2.2
- Istposition des austrittseitigen Aktors der zweiten SchmalseitenplatteActual position of the outlet-side actuator of the second narrow side plate
- Y1,i Y 1, i
- Sollposition des Aktors i der ersten SchmalseitenplatteTarget position of the actuator i of the first narrow side plate
- Y2,j Y 2, j
- Sollposition des Aktors j der zweiten SchmalseitenplatteTarget position of the actuator j of the second narrow side plate
- Y1,1 Y 1.1
- Sollposition des eingießseitigen Aktors der ersten SchmalseitenplatteTarget position of the casting-side actuator of the first narrow side plate
- Y1,2 Y 1.2
- Sollposition des austrittseitigen Aktors der ersten SchmalseitenplatteTarget position of the outlet-side actuator of the first narrow side plate
- Y2,1 Y 2.1
- Sollposition des eingießseitigen Aktors der zweiten SchmalseitenplatteTarget position of the casting-side actuator of the second narrow side plate
- Y2,2 Y 2.2
- Sollposition des austrittseitigen Aktors der zweiten SchmalseitenplatteTarget position of the outlet-side actuator of the second narrow side plate
Claims (14)
- Method for setting a narrow-side conicity (Ks) of a continuous casting mould (1) for the production of a metal strand (5) with the aid of at least one closed-loop control circuit (15), the continuous casting mould (1) comprising a first narrow-side plate (4) and a second narrow-side plate (4'),- wherein a plurality (N1) of positionally controlled actuators (A1,i), with i∈{1,...,N1}, for positioning the first narrow-side plate (4) are arranged on the first narrow-side plate (4) and a plurality (N2) of positionally controlled actuators (A2,j), with j∈{1,...,N2}, for positioning the second narrow-side plate (4') are arranged on the second narrow-side plate (4'), in each case at a different distance from the charging-side end (3) of the continuous casting mould (1), and- wherein, during the operation of the continuous casting mould (1), corresponding forces (F1,i, F2,j), with i∈{1,...,N1} and j∈{1,...,N2}, occur in the effective direction of each actuator (A1,i, A2,j),characterized in that, the cycle through the at least one closed-loop control circuit (15) uses- a reference pressure (Pref) as a reference variable and- an average surface pressure (Pmed) between the narrow side plates (4, 4') and the metal strand (5) as a controlled variable, wherein the average surface pressure (Pmed) is determined from the forces (F1,i, F2,j),and in that- a controller (21) determines the narrow-side conicity (Ks) as a manipulated variable of the closed-loop control circuit (15) in dependence on a system deviation (Pdif) = (Pref) - (Pmed) as an input variable and in that- a controlled system (20) is used to set the position of the first and/or the second narrow-side plate (4, 4') in a way corresponding to the narrow-side conicity (Ks) by means of the actuators (A1,i, A2,j) .
- Method according to Claim 1, in which the reference pressure (Pref) is a function of the density (ρliq) of the liquid molten metal (10), a casting level height (h) and a dimensionless correction factor (S).
- Method according to one of the preceding claims, in which the setting of a common narrow-side conicity (Ks) for the first and second narrow-side plates (4, 4') is performed symmetrically with respect to the casting direction (G) of the continuous casting mould (1), with the spatial position of the centre line (M) of the metal strand (5) being preset with respect to the wide-side plates (2, 2') and also the casting width (b).
- Method according to one of the preceding claims, in which the controller (21) comprises a control specification (25) with an input variable (Pdif'), derived from the system deviation (Pdif), and an output variable (Ks') and wherein- in each cycle of the closed-loop control circuit (15), the actual positions (X1,i, X2,j) of the actuators (A1,i, A2,j) of at least one of the first or second narrow-side plate (4, 4') are sensed,- an actual value (Is) of the narrow-side conicity (Ks) is derived therefrom and- in a controlled system (20) of the closed-loop control circuit (15), which replicates the effect of the narrow-side conicity (Ks) on the average surface pressure (Pmed), the narrow-side conicity (Ks) is only newly set by presetting corresponding setpoint positions (Y1,i, Y2,j) for the actuators (A1,i, A2,j) at least of one of the first or second narrow-side plate (4, 4') whenever there is a difference from the determined actual value (Is).
- Method according to Claim 5, in which the control specification (25) is Ks' = Is - k · Pdif', where k is a proportionality factor with a range of values from 0.001 to 0.1.
- Method according to either of Claims 5 and 6, in which the input variable (Pdif') of the control specification (25) is determined from the system deviation (Pdif) by a first filtering (22) by means of a time-based filter (ΦT) according to
- Method according to one of Claims 5 to 7, in which a derived value (Ks") is determined from the output variable (Ks') of the control specification (25) by a second filtering (23) by means of a saturation filter (ΦS) according to
- Method according to one of Claims 5 to 8, in which the narrow-side conicity (Ks) is determined by a third filtering (24) of a value (Ks"), derived from the output variable (Ks') of the control specification (25), by means of a hysteresis filter (ΦH) according to
- Device for setting at least one narrow-side conicity (Ks) of a continuous casting mould (1) for the production of a metal strand (5), in particular for carrying out a method according to Claims 1 to 9, wherein the continuous casting mould (1) comprises a first narrow-side plate (4) and a second narrow-side plate (4'),- wherein a plurality (N1) of positionally controlled actuators (A1,i), with i∈{1,...,N1}, for positioning the first narrow-side plate (4) are arranged on the first narrow-side plate (4) and a plurality (N2) of positionally controlled actuators (A2,j), with j∈{1,...,N2}, for positioning the second narrow-side plate (4') are arranged on the second narrow-side plate (4'), at a different distance in each case from the charging-side end (3) of the continuous casting mould (1), and- wherein the device has a closed-loop control unit (8) and devices (11) for sensing the forces (F1,i, F2,j) occurring during the operation of the continuous casting mould (1) in the direction of effect of the respective actuators (A1,i, A2,j), with i∈{1,...,N1} and j∈{1,...,N2},characterized in that
the closed-loop control unit (8) is designed for at least one closed-loop control circuit (15), wherein the closed-loop control circuit (15) has- a reference pressure (Pref) as a reference variable and- an average surface pressure (Pmed) between the narrow-side plates (4, 4') and the metal strand (5) as a controlled variable, wherein the average surface pressure (Pmed) can be determined from the forces (F1,i, F2,j),- a controller (21), by which the narrow-side conicity (Ks) can be determined as a manipulated variable of the closed-loop control circuit (15) in dependence on a system deviation (Pdif) = (Pref) - (Pmed) as an input variable, and- a controlled system (20), by way of which the position of the first and/or the second narrow-side plate (4, 4') can be set in a way corresponding to the narrow-side conicity (Ks) by means of the actuators (A1,i, A2,j). - Device according to Claim 10, in which at least one of the actuators (A1,i, A2,j) is a hydraulically moved actuator.
- Device according to Claim 11, in which at least one of the hydraulically moved actuators (A1,i, A2,j) is a double-acting hydraulic cylinder.
- Device according to Claim 11, in which at least one of the actuators (A1,i, A2,j) has an electrical rotary drive.
- Device according to Claim 11, in which at least one of the electrically driven actuators (A1,i, A2,j) is a linear motor.
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