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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Führung eines Gießguts
aus einem Gießbehälter einer Gießanlage,
wobei mittels einer Folge von führenden Rollen und walzenden
Rollen das Gießgut aus dem Gießbehälter
abgeführt wird, wobei eine walzende Rolle zur Verminderung
der Dicke des Gießguts eine Walzkraft auf das Gießgut
ausübt, während eine nur führende Rolle
keine Walzkraft auf das Gießgut ausübt, und wobei
wenigstens die walzenden Rollen durch je einen mit einer Last beaufschlagten
Antrieb angetrieben werden.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Gießanlage zum Gießen
eines Gießguts, insbesondere eines Strangs oder eines Knüppelstrangs,
wobei das Gießgut mittels einer Folge von am Gießgut
angreifenden führenden Rollen und walzenden Rollen aus
einem Gießbehälter abführbar ist, wobei
einer walzende Rolle zur Verminderung der Dicke des Gießguts
eine Walzkraft auf das Gießgut ausübt, während
eine führende Rolle keine Walzkraft auf das Gießgut
ausübt, wobei wenigstens die walzenden Rollen unabhängig voneinander
antreibbar sind.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine zugehörige Steuereinrichtung,
ein zugehöriges Computerprogrammprodukt und einen Datenträger
mit darauf gespeichertem Computerprogrammprodukt.
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Bei
einer Gießanlage kann es sich bspw. um eine Stranggießanlage
oder auch um eine Knüppelstranggießanlage handeln.
Bei einer Stranggießanlage wird ein Strang, in der Regel
ein metallischer Strang, insbesondere ein Stahlstrang, mittels angetriebener
Rollen bzw. Rollenpaaren aus einer Kokille abgezogen. Bei einer
Knüppelstranggießanlage wird in der Regel eine
Mehrzahl von Strangknüppeln aus einer Kokille vergossen,
in der Regel zwei bis sechs Strangknüppel.
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Zum
Führen eines Gießguts beim Abziehen, bspw. eines
Strangs oder eines Strangknüppels, sind in der Regel elektrische
angetriebene Rollen bzw. Rollenpaare vorgesehen. Bspw. wird ein
Strang im Wesentlichen vertikal aus der Kokille abgezogen und mittels
eines Gießbogens in eine im Wesentlichen horizontale Richtung überführt.
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Um
den Aufwand beim Walzen in einer Walzstraße zu reduzieren,
werden bei Gießanlagen die Rollen bzw. Rollenpaare vorteilhafterweise
nicht nur zur Führung des Stranges, sondern auch zur Verminderung
der Dicke des Gießguts eingesetzt.
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Kritische
Größen beim Gießen eines Gießguts
sind die Gießgeschwindigkeit und die gewünschte
Enddicke, sofern eine Dickenreduktion vorgesehen wird.
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Zur
Einstellung der Gießgeschwindigkeit des Gießguts
kann die Drehzahl der Rollenantriebe bzw. der Rollenpaarantriebe
dienen. Bspw. wird dazu der Mittelwert der Geschwindigkeit aller
Antriebe konstant gehalten. Dadurch fällt mit zunehmender
Verringerung der Dicke des Stranges die Gießgeschwindigkeit.
Da sich jedoch die angetriebenen Rollen mit gleicher Radialgeschwindigkeit
drehen, kann eine aus der Dickenverminderung resultierende Geschwindigkeitsänderung
eines Gießgutabschnitts nicht ausreichend berücksichtigt
werden. In der Regel wird daher bei einem solchen Verfahren aus
diesem Grund keine Dickenreduktion des Gießguts vorgesehen.
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Alternativ
kann vorgesehen werden, dass die am Gießgut angreifenden
Rollen bzw. Rollenpaare mittels Antriebe angetrieben werden, welche
alle mit gleicher Last laufen. Die Rollenpaare samt Antrieb und
Mittel zur Erzeugung von Walzkraft werden als Reduktionsgerüst
bezeichnet. Der Betrieb der Antriebe mit gleicher Last hat bei einer
dynamischen Dickenreduktion – dynamisch, da die Walzkräfte
vom zeitlich variablen Phasenverlauf innerhalb des Strangs abhängt – des
Strangs oder Knüppels zur Folge, dass bei geringer Vertikalkraft
bzw. Walzkraft auf den Strang die Reibungskräfte derart
gering sind, dass die Rolle die Haftung verliert und keinen oder
einen verringerten Vorschub auf den Strang überträgt. Zudem
kommt es bei Rollen mit erhöhter Vertikalkraft bzw. erhöhter
Walzkraft aufgrund der auf die Antriebe gleich verteilten Last zu
einer erhöhten Reibung, welche zu einer Verlangsamung der
Umfangsgeschwindigkeit der betroffenen Rolle führt. Dies
führt zu einer Verlangsamung der Stranggeschwindigkeit
bzw. bis zum Stillstand der Gießguts in der Gießanlage.
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Aufgrund
einer dynamischen Kräfteverteilung bei mit gleicher Last
betriebenen Rollenantrieben – die Dickenreduktion des Stranges über
die verschiedenen Rollenpaare ist stark prozessabhängig und
während des Gießens dynamisch – kommt
es zu Instabilitäten in der Gießgeschwindigkeit.
Insbesondere wird die Dynamik der Dickenreduktion durch den berechneten
Flüssigkernanteil innerhalb eines Strangs mitbestimmt,
welche durch entsprechende Modelle, welche nicht Gegenstand dieser
Anmeldung sind, ermittelt werden.
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Aus
der Patentschrift
EP
0 463 203 B1 ist ein Führungsverfahren für
elektrische Antriebe von Rollen einer Stranggießanlage
bekannt, bei welchem der Strang durch die angetriebenen Rollen,
deren Antriebe über Regler einzeln geregelt sind, aus der Kokille
der Stranggießanlage abgezogen wird und in seiner Dicke
reduzierbar ist. Nachteil dieser Lehre ist es, dass damit die Antriebe
im Hinblick auf eine Nutzung innerhalb von Gießanlagen
mit Reduktionsgerüsten nicht ausreichend flexibel regelbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
bereitzustellen, mit welchen die Stabilität der Gießgeschwindigkeit erhöht
und eine signifikante Verminderung der Dicke eines Gießguts
erreicht werden kann.
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Der
der Vorrichtung zuordenbare Teil der Lösung wird bei eine
gattungsgemäße Gießanlage der eingangs
genannten Art durch Mittel zur Erfassung einer durch eine der walzenden
Rollen auf das Gießgut ausgeübten Walzkraft, und
durch eine Steuer einrichtung mittels welcher eine Last eines einer
walzenden Rolle zugeordneten Antriebs in Abhängigkeit von derjenigen
Walzkraft einstellbar ist, welche diese walzende Rolle auf das Gießgut
ausübt, gelöst. Durch eine verbesserte Verteilung
der von den walzenden Rollen auf das Gießgut eingebrachten
Leistung erhöht sich die zur Verfügung stehende
Vortriebsenergie für das Gießgut. Damit wird eine
stärkere Dickenreduktion des Gießguts ermöglicht
und gleichzeitig die durch hohe Walzkräfte gegebenenfalls
bedingte Verlangsamung der Gießgeschwindigkeit des Gießguts
vermieden. Ein Steckenbleiben des Gießguts in der Gießanlage
kann daher umgangen werden. Zudem verbessert sich durch die erfindungsgemäß eingestellte
Last der Antriebe der wenigstens einen walzenden Rolle die Übertragung
der Vortriebsenergie auf das Gießgut, wodurch die Qualität
der Oberfläche des Gießguts erhöht wird,
verglichen mit einer Oberfläche des Gießguts,
welches gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren gefertigt wird.
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Unter
Walzkraft wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Kraft verstanden,
welche geeignet ist eine plastische, dauerhafte Verformung eines
Gießguts zu bewirken. Eine Rolle, welche eine solche Kraft
auf das Gießgut ausübt, wird als walzende Rolle bezeichnet.
Neben den walzenden Rollen sind führende Rollen vorgesehen,
welche beispielsweise zur Definition der Richtung, insbesondere
eines Gießbogens, vorgesehen sind. Eine durch elastische
Verformung des Gießguts bewirkte Verminderung der Dicke
soll im Rahmen dieser Anmeldung nicht als Verminderung der Dicke
angesehen werden, da diese Verminderung der Dicke reversibel und
nicht dauerhaft ist.
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Als
Folge von Rollen wird im Rahmen dieser Anmeldung auch eine Folge
von Rollenpaaren verstanden, wobei wenigstens eine Rolle eines Rollenpaares
antreibbar ist.
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Durch
die Erfindung kann insbesondere ausgenutzt werden, dass bei einer
höheren Walzkraft auf das Gießgut ein höheres
Dreh moment auf das Gießgut einwirken kann, ohne dass die
Haftung der walzenden Rolle auf dem Gießgut verloren geht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur
Erfassung einer Gesamtlast als Summe der Lasten der die walzenden
Rollen antreibenden Antriebe und Mittel zur Erfassung einer Gesamtwalzkraft
als Summe der von den walzenden Rollen auf das Gießgut
ausgeübten Walzkräfte vorgesehen, wobei die Lasten
der den walzenden Rollen zugeordneten Antriebe mittels der Steuereinrichtung derart
eingestellt sind, dass für jeden Antrieb das Verhältnis
der Last zur Gesamtlast im Wesentlichen gleich ist dem Verhältnis
der von der diesem Antrieb zugeordneten walzenden Rolle ausgeübten
Walzkraft zur Gesamtwalzkraft. Dabei handelt es sich um einen einfachen
linearen Zusammenhang, welcher bei dynamischer Änderung
der Walzkraft, zu einer dynamischen Änderung der Last der
Antriebe führt.
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Dadurch
kann jederzeit eine stabile Gießgeschwindigkeit erreicht
werden bei gleichzeitig guter Haftung der walzenden Rollen. Die
Mittel zur Erfassung einer Gesamtlast können eine Gesamtlast
der Antriebe der walzenden Rollen direkt erfassen oder aus den einzelnen
Lasten der Antriebe durch Bilden einer Summe der einzelnen Lasten
die Gesamtlast ermitteln. Dies gilt analog für die Mittel
zur Erfassung einer Gesamtwalzkraft. In der Regel sind die Mittel zur
Erfassung einer Gesamtkraft derart ausgebildet, dass diese die einzelnen
von den walzenden Rollen auf das Gießgut ausgeübten
Walzkräfte verwenden, um aus diesen durch Summenbildung
eine Gesamtwalzkraft zu ermitteln. Diese Größen
werden einer Steuereinrichtung zugeführt, welche die Lasten
der einzelnen Antriebe gemäß der folgenden Beziehung berechnet:
wobei I
i den
einzustellende Wert des Wirkstroms für den Antrieb der
walzenden Rolle i bezeichnet, F
i die von
der walzenden Rolle i auf die Gießgut ausgeübte Walzkraft,
I
tot die Gesamtlast und F
tot die
Gesamtwalzkraft.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind Mittel zur Bestimmung eines Drehzahl-Zusatzsollwertes zur Steuerung
wenigstens eines der Antriebe vorgesehen. Aufgrund der Verminderung
der Dicke des Gießguts durch die Walzkraft der walzenden
Rollen kommt es zu einer Geschwindigkeitserhöhung der gewalzten
Gießgutabschnitte. Um diese Geschwindigkeitserhöhung durch
die Dickenverminderung für nachfolgende walzende Rollen
zu berücksichtigen, ist es erforderlich, einen Drehzahl-Zusatzsollwert
zu ermitteln. Dieser berücksichtigt die Geschwindigkeitsänderungen
der zu walzenden Gießgutabschnitte durch vorheriges Walzen
und erlaubt eine Erhöhung der Stabilität der Gießgeschwindigkeit.
Insbesondere ist es vorteilhaft, den Drehzahl-Zusatzsollwert mit
Mitteln zur Bestimmung des Drehzahl-Zusatzsollwerts zu bestimmen, welche
derart ausgebildet sind, dass der Drehzahl-Zusatzsollwert gemäß der
Beziehung:
berechnet wird, wobei I
ist den Ist-Strom des Antriebs, I
M den Ist-Strom-Mittelwert der Antriebe,
P eine Konstante, n
N eine Nenndrehzahl und
I
N einen Nennstrom bezeichnet. Aufgrund
der einfachen Beziehung und der darin enthaltenen Größen
zur Berechnung des Drehzahl-Zusatzsollwertes kann der Drehzahl-Zusatzsollwert
in Echtzeit ermittelt werden und die Steuereinrichtung einen für
einen bestimmten Antrieb ermittelten Drehzahl-Zusatzsollwert einstellen. Eine
Nenndrehzahl des Antriebs, welcher mit einem Nennstrom beaufschlagt
ist, ist eine Eigenart eines Antriebs, welche bei dieser Weise der
Ermittlung des Drehzahlzusatzwertes eine Grundlage zur Ermittlung des
Drehzahlzusatzwertes ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Last eines
einer führenden Rolle zugeordneten Antriebs und einer von
der führenden Rolle auf das Gießgut ausgeübten
Andruckkraft derart eingestellt, dass eine vorgebbare Gießgeschwindigkeit
des Gießguts eingestellt wird. Dazu kann dem Antrieb ein
Sollwert für die Last vorgegeben werden, so dass der Umfang
der diesem Antrieb zugeordneten führenden Rolle sich mit
einer gewünschten Gießgeschwindigkeit dreht. Dabei
wird die Rolle vorzugsweise nicht mit einem Drehzahl-Zusatzsollwert beaufschlagt.
Vorzugsweise ist der Last-Sollwert für diesen Antrieb konstant.
Es sei denn, eine Änderung der gewünschten Gießgeschwindigkeit
des Gießguts soll erreicht werden. Dann wird der Sollwert
der Last des Antriebs entsprechend angepasst und die Last des Antriebs
wird derart geändert, dass die gewünschte Gießgeschwindigkeit
des Gießguts eingestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass die Lasten der Antriebe
einer der die Gießgeschwindigkeit einstellenden Rolle nachgeordneten
Rolle in Abhängigkeit der erfassten Last des der die Gießgeschwindigkeit
einstellenden Rolle zugeordneten Antriebs eingestellt werden. D.
h., steigt die Last des Antriebs der führenden Rolle über
einen Last-Grenzwert an, so ist gewünscht, die Gießgeschwindigkeit
des Gießguts zu erhöhen. Sinkt dagegen die Last
unter einen vorgebbaren Last-Grenzwert, so ist offensichtlich durch
den geänderten Sollwert der Last des Antriebs vorgegeben,
dass die Gießgeschwindigkeit des Gießguts reduziert
werden soll.
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Besonders
vorteilhaft ist es nun, die Last des Antriebs der die Geschwindigkeit
einstellenden Rolle als Steuergröße für
die Last der die Gießgeschwindigkeit einstellenden Rolle
nachfolgenden Rolle zugeordneten Antriebe zu verwenden. Dadurch
können auch die der führenden Rolle nachfolgenden
walzenden Rollen schnell auf geänderte Gießbedingungen, insbesondere
auf geänderte Gießgeschwindigkeiten eingestellt
werden, ohne dass es zu Zug-Erscheinungen oder Stauchungs-Er scheinungen
am Gießgut während der Änderung der Gießgeschwindigkeit kommt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, dass die die Gießgeschwindigkeit einstellende
Rolle zur Messung der Gießgeschwindigkeit des Gießguts
ausgebildet ist. Es entfällt somit eine zusätzliche
Messeinrichtung zur Messung der Gießgeschwindigkeit des
Gießguts. Trotz dieser Einsparung erhöht sich
die Betriebssicherheit und es entfällt die sonst notwendige
Wartung dieser Messeinrichtung in einem technisch unwirtlichen Bereich,
am heißen Gießgut.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein
PI-Regler zur Bestimmung eines Lasten-Offset-Wertes aus der erfassten
Last des der die Gießgeschwindigkeit messenden Rolle zugeordneten
Antriebs vorgesehen, mit welchem die Last eines der der messenden
Rolle nachfolgenden Rolle zugeordneten Antriebs steuerbar ist. Dadurch
kann es ermöglicht werden, dass die der messenden Rolle nachfolgenden
Rollen möglichst neutral mit dem Gießgut, welches
eine von Null verschiedene Gießgeschwindigkeit aufweist,
mitläuft. Insbesondere kann ein PI-Regler durch Ausgabe
eines entsprechenden Lasten-Offset-Wertes die Steuereinrichtung dazu
veranlassen, dass die Lasten der Antriebe der der führenden
Rolle nachfolgenden Rollen derart gesteuert werden, dass die messende
Rolle durch die nachfolgenden walzenden Rollen in jeder Wirkrichtung
entlastet wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist
die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass die Last des Antriebs
der die Gießgeschwindigkeit messenden Rolle auf einem konstanten
Wert gehalten wird. Dadurch wird dafür gesorgt, dass die
messende Rolle auch bei geringer Andruckkraft auf das Gießgut
einen konstanten Schlupf aufweist. Der bei der Messung auftretende
Messfehler wird dadurch deutlich verringert, da die messende Rolle
mit konstanter Richtung und gleich bleibender Stärke auf
das Gießgut einwirkt. Der sonst bei Messung über
angetriebene Rollen in dynamischer Form auf tretende Schlupf, kann
hier durch sein nun annähernd statisches Auftreten mit
wesentlich einfacheren Methoden kompensiert werden, falls eine weitere Steigerung
der Messgenauigkeit erforderlich sein sollte.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfassen
die Mittel zur Erfassung einer Last eines Antriebs dessen Drehmoment.
Alternativ oder gleichzeitig mit der Erfassung des Drehmoments kann
der Wirkstrom des Antriebs von den Mitteln zur Erfassung einer Last
erfasst werden. Sowohl durch das Drehmoment als auch durch den Wirkstrom
kann eine Last eines Antriebs sicher bestimmt werden. In der Praxis
und insbesondere im Hinblick auf die im Rahmen dieser Anmeldung
offenbarten Gleichungen kann ein Wirkstrom als Maß für die
Last gegebenenfalls bevorzugt verwendet werden, weil dieser in der
Regel einfacher zu messen ist, als ein Drehmoment. Jedoch sind Drehmoment-
und Wirkstrom zur Bestimmung einer Last eines Antriebs gleichwertig.
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Der
dem Verfahren zugeordnete Teil der Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen
Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
die Walzkraft wenigstens einer walzenden Rolle erfasst wird und
dass die Last des Antriebs dieser walzenden Rolle in Abhängigkeit
von der erfassten Walzkraft gesteuert wird. Durch eine verbesserte
Verteilung der von den walzenden Rollen auf das Gießgut eingebrachten
Leistung erhöht sich die zur Verfügung stehende
Vortriebsenergie für das Gießgut. Damit wird eine
stärkere Dickenreduktion des Gießguts ermöglicht
und gleichzeitig die durch hohe Walzkräfte gegebenenfalls
bedingte Verlangsamung der Gießgeschwindigkeit des Gießguts
vermieden. Ein Steckenbleiben des Gießguts in der Gießanlage
kann daher umgangen werden. Zudem verbessert sich durch die erfindungsgemäß eingestellte
Last der Antriebe der wenigstens einen walzenden Rolle die Übertragung
der Vortriebsenergie auf das Gießgut, wodurch die Qualität
der Oberfläche des Gießguts erhöht wird,
verglichen mit einer Oberfläche des Gießguts,
welches gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren gefertigt wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine
Gesamtlast als Summe der Lasten der Antriebe der walzenden Rollen
und eine Gesamtlast als Summe der von den walzenden Rollen ausgeübten
Walzkräfte ermittelt, wobei die Lasten der den walzenden
Rollen zugeordneten Antriebe derart gesteuert werden, dass diese
sich zur Gesamtlastverhalten, wie die Walzkräfte der jeweils zugeordneten
walzenden Rollen zur Gesamtwalzkraft. Dies kann durch folgende Gleichung
wiedergegeben werden:
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Durch
die vorgenannte Gleichung kann also eine einfache walzkraftabhängige
Verteilung der Antriebslasten der die walzenden Rollen antreibenden Antriebe
ermöglicht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Steuerung
der Last eines Antriebs zusätzlich ein Drehzahl-Zusatzsollwert
ermittelt, um eine Drehzahl einer Rolle auf ein durch das walzenbedingte
Geschwindigkeitserhöhung eines gewalzten Gießgutabschnitts
anzupassen. In vorteilhafter Weise kann der Drehzahlzusatzsollwert
gemäß folgender Gleichung:
ermittelt werden, wobei I
ist den Ist-Stroms des Antriebs, Im Ist-Strom-Mittelwert
der Antriebe, p eine Konstante, n
N eine
Nenndrehzahl und I
N einen Strom bezeichnet.
Dies erlaubt eine dynamische Anpassung der Drehzahl an die Lasten
der Antriebe. Eine Nenndrehzahl des Antriebs, welcher mit einem Nennstrom
beaufschlagt ist, ist eine Eigenart eines Antriebs, welche bei dieser
Weise der Ermittlung des Drehzahlzusatzwertes eine Grundlage zur
Ermittlung des Drehzahlzusatzwertes ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine der führenden
Rollen derart durch einen mit einer Last beauf schlagten Antrieb
angetrieben und eine die Dicke des Gießguts nicht vermindernde
Andruckkraft derart auf das Gießgut ausgeübt,
dass eine vorgebbare Gießgeschwindigkeit des Gießguts
eingestellt wird. Die die Gießgeschwindigkeit des Gießguts
einstellende Rolle wird mittels eines Lastensollwertes beaufschlagt,
so dass eine Anpassung der Last an den Lastensollwert zur Einstellung
einer gewünschten Gießgeschwindigkeit führt. Vorteilhafter
Weise wird die die Gießgeschwindigkeit einstellende Rolle
nicht mit einem Drehzahl-Zusatzsollwert beaufschlagt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, dass die Gießgeschwindigkeit des Gießguts
konstant gehalten wird. Dies wiederum bedeutet, dass der Lastensollwert
für den Antrieb der die Geschwindigkeit einstellende Rolle
im Normalfall konstant ist. Soll die Gießgeschwindigkeit
geändert werden, d. h. erhöht oder reduziert im
Vergleich zum vorliegenden Wert der Gießgeschwindigkeit,
so wird der Lasten-Sollwert für die Geschwindigkeit einstellende
Rolle geändert. Vorzugsweise regelt der einstellenden Rolle
zugeordneten Antrieb die Last intern aus, so dass der vorgegebene
Sollwert der Last am Antrieb eingestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
werden die Lasten der Antriebe von der die Geschwindigkeit einstellende
Rolle nachgeordneten Rollen in Abhängigkeit der erfassten
Last des der die Gießgeschwindigkeit einstellenden Rolle zugeordneten
Antriebs gesteuert. Soll also die Gießgeschwindigkeit geändert
werden, d. h. es wird die Last des Antriebs der die Geschwindigkeit
einstellenden Rolle geändert, so wird diese Änderung
der Last des Antriebs der die Geschwindigkeit einstellenden Rolle
und damit die Absicht der Änderung der Gießgeschwindigkeit
für die Steuerung der Antriebe der nachfolgenden walzenden
Rollen mit einbezogen.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft mittels der die Gießgeschwindigkeit
einstellenden Rolle die Gießgeschwindigkeit des Gießguts
zu messen. Denn dadurch wird eine zusätzliche Messein richtung,
beispielsweise eine zusätzliche Messrolle oder eine Messeinrichtung
zur berührungslosen Bestimmung der Gießgeschwindigkeit,
eingespart. Es entfallen somit auch die für diese messende
Rolle bzw. Messeinrichtung durchzuführenden Wartungsarbeiten,
um eine Messung der Gießgeschwindigkeit mit bestimmter
Genauigkeit zu erreichen. Diese nun nicht erforderlichen Wartungsarbeiten
wären darüber hinaus mit großem Aufwand
verbunden gewesen, da die Messeinrichtung zur Messung der Gießgeschwindigkeit
in einem für Personal gefährlichen Bereich der Gießanlage
hätten stattfinden müssen. Dies alles kann vermieden
werden, in dem die die Geschwindigkeit einstellende Rolle auch die
Gießgeschwindigkeit des Gießguts misst.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die
Last des der messenden Rolle zugeordneten Antriebs erfasst und daraus
einen Lasten-Offset-Wert für die Lasten der der messenden Rolle
nachgeordneten Rollen zugeordneten Antriebe ermittelt und die Antriebe
auf Grundlage dieses Lasten-Offset-Wertes gesteuert. Dadurch kann
erreicht werden, dass die Antriebe der der messenden Rolle nachfolgenden
Rolle derart mittels des Lasten-Offset-Wertes gesteuert werden,
dass die nachfolgenden walzenden Rollen, die als Einheit betrachtet
werden können, die messende Rolle in jeder Wirkrichtung
entlasten. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Änderung
der Gießgeschwindigkeit des Gießguts, welche nicht
erwünscht ist und durch das Eigengewicht des abgeführten
Gießguts verursacht ist, kompensiert wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur
Ermittlung des Lasten-Offset-Wertes ein PI-Regler verwendet. Im PI-Regler
kann zur Ermittlung des Lasten-Offset-Wertes ein leicht positiver
Wirkstrom als Sollwert vorgegeben werden. Insbesondere dadurch kann
erreicht werden, dass die der messenden Rolle nachfolgenden Rollen
die messende Rolle in jeder Wirkrichtung entlasten, in dem die Antriebe
der der messenden Rolle nachfolgenden Rollen zugeordneten An triebe
mittels des so ermittelten Lasten-Offset-Wertes gesteuert werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Last des
der messenden Rolle zugeordneten Antriebs auf einen vorgebbaren
konstanten Lastwert eingestellt. Eine derartige Einstellung der Last
des der messenden Rolle zugeordneten Antriebs sorgt auch bei geringer
Andruckkraft der messenden Rolle auf das Gießgut für
einen konstanten Schlupf zwischen der messenden Rolle und dem Gießgut.
Dadurch wird auch der auftretende Messfehler bei der Messung der
Gießgeschwindigkeit verringert.
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Der
der Vorrichtung zugeordnete Teil der Aufgabe wird auch gelöst,
durch eine Steuereinrichtung für eine Gießanlage
nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die derart ausgebildet
ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis
24 ausführbar ist. Es wird vorteilhafter Weise eine zentrale
Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Antriebe der führenden
und walzenden Rollen erfindungsgemäß steuert, sowie
die zugehörige Gießanlage.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem nachfolgend erläuterten,
schematischen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
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1 eine
Strangussanlage zum Gießen eines metallischen Strangs,
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2 ein
Ablaufplan zur Darstellung eines beispielhaften Ablaufs des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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1 zeigt
eine Gießanlage 1, welche als Strangussanlage
ausgebildet ist, zum Gießen eines Gießguts 2,
welches als Strang ausgebildet ist. Ferner zeigt 1 einen
als Durchlaufkokille ausgebildeten Gießbehälter 3,
aus welchem der Strang 2 abgeführt wird. Nach
im Wesentlichen vertikalem Austritt des Strangs 2 aus der
Durchlaufkokille 3 mit der Gießgeschwindigkeit
v lenken Führungsrollen 4 den Strang 2 in
ei ne horizontale Richtung. Der Strang weist eine Anfangsdicke 9 auf,
welche auf eine Enddicke 9' verringert werden soll. Dazu
werden eine Mehrzahl von Reduktionsgerüsten 13-0, 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 verwendet.
Im nachfolgenden werden die Walzgerüste mit 13-i,
i = 0...4 abgekürzt benannt. Mittels eines Reduktionsgerüsts 13-i kann
eine Walzkraft F auf den Strang 2 ausgeübt werden,
die zu einer Verminderung der Dicke 9 des Strangs 2 führt. Eine
bereits beim Gießen stattfindenden Verminderung der Dicke
des Strangs erleichtert ein anschließendes Walzen in einer
Walzstraße.
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Folge
einer Verringerung der Dicke 9 des Strangs ist es, dass
ein in der Dicke 9 verringerte Strangabschnitt seine Geschwindigkeit
aufgrund der Volumenerhaltung erhöht. Zwischen walzenden
Reduktionsgerüsten 13-i und 13-i+1 liegen
also unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Strangabschnitte vor.
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Ein
Reduktionsgerüst 13-i, i = 0...4 weist in diesem
Ausführungsbeispiele zwei Rollen auf, zwischen denen der
Strang 2 geführt ist. Bei den in 1 gezeigten
Reduktionsgerüsten 13-i, i = 0...4 sind nur die
oberhalb des Strangs 2 angeordneten Rollen der Reduktionsgerüste 13-i,
i = 0...4 mittels eines Antriebs 8 antreibbar. Die unterhalb
des Stranges 2 angeordneten Rollen der Reduktionsgerüste 13-i,
i = 0...4 sind nicht antreibbar und dienen lediglich als drehbar
gelagerter Widerstand bei der Ausübung einer Kraft auf
den Strang 2 mittels der oberen Rolle.
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Jede
der von den Reduktionsgerüsten 13-i, i = 0...4
umfassten Rollen, die oberhalb des Stranges 2 angeordnet
sind, können daher als walzende Rollen 5, betrieben
werden. Dazu wird eine i-te walzende Rolle 5 mit einer
Walzkraft Fi auf den Strang 2 gepresst.
Jedoch muss eine obere Rolle eines Reduktionsgerüsts 13-i,
i = 0..4 nicht zwingend als walzende Rolle 5 wirken. Wird
bspw. die Kraft für eine Rolle so gering gewählt,
dass keine plastische Dickenverminderung des Strangs erfolgt, so
wird diese Rolle als eine führende Rolle 4 angesehen.
Die dazugehörige Kraft wird als Andruckkraft A bezeichnet.
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Jede
antreibbare Rolle 4, 5 eines Reduktionsgerüsts 13-i hat
einen ihr zugeordneten Antrieb 8, so dass die jeweiligen
Rollen 4, 5 der Reduktionsgerüste 13-i,
i = 0...4 unabhängig voneinander antreibbar sind. Die Antriebe 8 der
Rollen 4, 5 der Reduktionsgerüste 13-i sind
jeweils mit einer Steuereinrichtung 10 wirkverbunden, welche
die Antriebe 8 steuert. Des Weiteren umfassen die Antriebe 8 Mittel 8'' zur
Erfassung einer Antriebslast Ii eines i-ten
Antriebs 8 eines Reduktionsgerüsts 13-i,
i = 0...4, welche der Steuereinrichtung 10 zuführbar
ist.
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Zudem
weist ein i-tes Reduktionsgerüst 13-i, i = 0...4
Mittel 8' zur Erfassung einer Walzkraft auf, welche auf
den Strang 2 ausgeübt wird, wobei die erfassten
Walzkräfte Fi der walzenden Rolle 5 des
i-ten Reduktionsgerüsts 13-i der Steuereinrichtung 10 zuführbar
sind.
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Die
auf den Strang 2 ausgeübten Walzkräfte Fi sind von der Steuereinrichtung 10 steuerbar.
Die erforderlichen Walzkräfte, um das Gießgut 2 von
einer Anfangsdicke 9 auf eine Enddicke 9' zu ändern, sowie
die Verteilung der Walzkräfte über die Reduktionsgerüste 13-i,
i = 0...4 zur Einstellung dieser Enddicke 9', werden der
Steuereinrichtung 10 über ein unabhängig
von der Steuereinrichtung 10 betreibbares Modell mitgeteilt.
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Um
eine zusätzliche Messeinrichtung zur Messung der Gießgeschwindigkeit
des Gießguts 2 einzusparen, wird das erste Reduktionsgerüst 13-0 in der
Folge von Reduktionsgerüsten 13-i, i = 0...4 zur Einstellung
und Messung der Gießgeschwindigkeit v genutzt.
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Daher
weist das erste Reduktionsgerüst 13-0 der Folge
von Reduktionsgerüsten 13-i, i = 0...4 während
der Abführung des Strangs 2 keine walzende Rolle 5 oberhalb
des Strangs 2 auf, sondern lediglich nur eine führende
Rolle 4. Die Verminderung der Dicke 9 des Strangs 2 wird
durch die nachfolgenden Reduktionsgerüste 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 bewerkstelligt.
Die Steuereinrichtung 10 ist dazu derart ausgebildet, dass
die vom Modell mitgeteilten Walzkräfte F1,
F2, F3, F4 an den Redukti onsgerüsten 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 eingestellt
werden und aus den dann erfassten Walzkräften F1, F2, F3,
F4 eine Gesamtkraft Ftot ermittelt
wird.
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Zudem
werden die Lasten I1, I2,
I3, I4 der Antriebe
A der walzenden Rollen 5 in Form von in den Antrieben A
wirkenden Wirkströmen I1, I2, I3, I4 ermittelt
und daraus – durch Summenbildung – eine Gesamtlast
Itot berechnet. Die Steuereinrichtung 10 steuert
nun die Lasten der Antriebe 8 derart, dass die Last Ii eines i-ten Antriebs 8 einer walzenden
Rolle zur Gesamtlast Itot gleich ist der
von dieser Rolle 5 auf Baden Strang ausgeübten
Walzkraft Fi zur Gesamtkraft Ftot.
Das erste Reduktionsgerüst 13-0, welches beim
Führen des Strangs keine walzenden Rollen 5, sondern
nur führende Rollen 4 aufweist, dient als Einrichtung
zur Einstellung der Gießgeschwindigkeit bzw. zur Einrichtung
zur Messung der Gießgeschwindigkeit. Dementsprechend wird
je nach durchgeführtem Prozess der Rolle, die oberhalb
des Strangs 2 angeordnete, führende Rolle 4 auch
als die Geschwindigkeit einstellende Rolle 6 oder als messende
Rolle 7 bezeichnet.
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Zur
Einstellung der Gießgeschwindigkeit v oder der Messung
der Gießgeschwindigkeit wird die oberhalb des Strangs 2 angeordnete
führende Rolle 4 mit einer Andruckkraft A auf
das Gießgut angedrückt. Dadurch wird ein Kontakt
mit dem Strang sichergestellt. Der Antrieb 8 der Rolle 4, 6, 7 dieses ersten
Reduktionsgerüsts 13-0, wird jedoch nicht wie die
Antriebe 8 der walzenden Rollen 5 gesteuert. Dem
Antrieb 8 dieser führenden Rolle 4 des
ersten Reduktionsgerüsts 13-0 wird ein Lasten-Sollwert
vorgegeben, um damit eine erwünschte Gießgeschwindigkeit
v einzustellen. Diese erwünschte Gießgeschwindigkeit
v kann beispielsweise der Steuereinrichtung 10 benutzerseitig
zugeführt werden, welche daraufhin den Antrieb 8 der
die Geschwindigkeit einstellenden Rolle 6 des Reduktionsgerüsts 13-0 entsprechend
steuert. Die Last I0 des Antriebs 8 der
einstellenden Rolle 6 des ersten Reduktionsgerüsts 13-0 kann
zur Steuerung der Last I1, I2,
I3, I4 der Antriebe 8 der
nachfolgenden walzenden Rollen 5 verwendet werden.
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Dazu
wird die Last I0 des ersten Antriebs erfasst
und der Steuereinrichtung 10 zugeführt. Dort wird
die erfasste Last I0 mittels eines PI-Reglers 12 zu
einem Steuersignal die Lasten I1, I2, I3, I4 der
den walzenden Rollen 5 zugeordneten Antriebe 8 verarbeitet.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine Messung der
Gießgeschwindigkeit durch die messende Rolle 7 des
ersten Reduktionsgerüsts 13-0 erfolgen soll.
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Mit
einer in 1 gezeigten Gießanlage
und einer von der Gießanlage umfassten Steuereinrichtung 10 kann
eine Einstellung einer Dicke eines Gießguts und einer Anfangsdicke 9 auf
eine Enddicke 9' erfolgen, ohne dass die Gießgeschwindigkeit Instabilitäten
aufweist.
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2 geht
von einem initiierten Stranggießverfahren aus. Hierbei
steht ein Modell zur Ermittlung eines Flüssigkerns des
Walzguts zur Verfügung, welches die erforderlichen Walzkräfte
an den walzenden Rollen zur Einstellung einer Enddicke 9' ausgehend von
einer Anfangsdicke 9 ermittelt. Diese ermittelten, einzustellenden
Walzkräfte werden in einem Verfahrensschritt 100 einer
Steuereinrichtung zugeführt.
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In 2 ist
vorgesehen, dass eine Einstellung der Gießgeschwindigkeit
des Gießguts durch ein Reduktionsgerüst erfolgt,
mit welchem grundsätzlich auch eine Dickenreduktion vorgenommen
werden kann. Im vorliegenden Fall wird dieses Reduktionsgerüst
nicht zum Walzen genutzt, sondern zum Einstellen und/oder Messen
einer Gießgeschwindigkeit des aus dem Gießbehälter
abgeführten Gießguts. Daher wird die diesem Reduktionsgerüst
zugeordnete führende Rolle auch als messende oder als die
Gießgeschwindigkeit einstellende Rolle bezeichnet.
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Dazu
wird zunächst in einem Verfahrensschritt 101 festgestellt,
welche Rollen als walzende Rollen i eingesetzt werden sollen oder
aufgrund eines Defekts eingesetzt werden können. Anschließend
stellt die Steuerung eine Walzkraft Fi für
die jeweilige i-te walzende Rolle in einem Verfahrensschritt 102 ein,
wobei die jeweilige Walzkraft Fi durch das oben
genannte Modell dynamisch vorgegeben wird. Nach Einstellung der
Walzkraft Fi an den jeweiligen walzenden
Rollen, wird die Walzkraft Fi ist, der Istwert der
Walzkraft der i-ten Rolle, in einem Verfahrensschritt 103 erfasst.
Die Erfassung und die Einstellung der Walzkraft Fi
ist können im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen.
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Die
walzenden Rollen i üben jedoch nicht nur eine Walzkraft
Fi auf den Strang aus, sondern jeder walzenden
Rolle i ist ein Antrieb zugeordnet, welcher die walzenden Rolle
antreibt, so dass der Strang längs einer vorgegebenen Richtung
weiterbewegt wird. Der Antrieb einer walzenden Rolle i ist dazu
mit einer Last Ii beaufschlagt.
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In
einem Verfahrensschritt 103' wird ein Istwert der Last
Ii ist jedes einzelnen, einer walzenden Rolle
i zugeordneten Antriebs erfasst. Aus den erfassten Walzkräften
Fi ist und den erfassten Lasten Ii ist der Antriebe der walzenden Rollen wird
in einem Verfahrensschritt 104 eine Gesamtlast Itot und eine Gesamtwalzkraft Ftot ermittelt.
Dies wird erreicht, indem die erfassten Lasten Ii aufsummiert
werden. Die Gesamtwalzkraft Ftot wird ermittelt,
indem die einzelnen von den walzenden Rollen i auf den Strang ausgeübten
Walzkräfte Fi aufsummiert werden.
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Anschließend
wird die Last der einzelnen Antriebe I
i daraus
abhängig von der Walzkraft F
i in
einem Verfahrensschritt
105 bestimmt. Dies erfolgt gemäß der
Beziehung:
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Nach
Bestimmung der Last des i-ten Antriebs proportional zur Walzkraft
der diesen Antrieb zugeordneten i-ten Rolle auf den Strang, wird
diese Last Ii in einem Verfahrensschritt 106 auf
den neuen Wert Ii eingestellt. Durch die
Walzkraft abhängige Einstellung der Last wird der Vortrieb
des Strangs durch die walzende i-te Rolle verbessert. Zudem kommt
es nicht zu einer Geschwindigkeitsreduktion durch veränderte,
aus einer veränderten Walzkraft resultierende Reibungsverhältnisse
am Strang. In 1 läuft i von 1 bis
4. Die Anzahl i der walzenden Rollen kann jedoch abhängig
einer jeweiligen Gießanlage beliebig gewählt werden.
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Vorteilhafterweise
wird bei der Einstellung der Last der Antriebe der walzenden Rollen
im Verfahrensschritt 106 eine beabsichtigte Messung der Gießgeschwindigkeit
durch die messende Rolle oder eine Änderung der Gießgeschwindigkeit
durch die die Geschwindigkeit einstellende Rolle in einem Verfahrensschritt 108 berücksichtigt.
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Soll
eine veränderte Gießgeschwindigkeit in einem Verfahrensschritt 108 eingestellt
werden, so ist es vorteilhaft, dass die Last der Antriebe der walzenden
Rollen abhängig von der erfassten Last des Antriebs der
die Geschwindigkeit einstellenden Rolle gesteuert wird. Steigt die
Last des der die Geschwindigkeit einstellenden Rolle zugeordneten
Antriebs an, so werden die Lasten der Antriebe der walzenden Rollen
schneller an eine geänderte Gießgeschwindigkeit
angepasst.
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Andernfalls
erzeugen die walzenden Rollen durch eine zu geringe Last ihrer Antriebe
einen Widerstand gegen die Änderung der Gießgeschwindigkeit.
Dies soll durch eine von der Last des der die Gießgeschwindigkeit
einstellenden Rolle zugeordneten Antriebs abhängige Steuerung
der den walzenden Rollen zugeordneten Antriebe vermieden werden.
Die Einstellung der Gießgeschwindigkeit im Verfahrensschritt 108 wird
also bei der Einstellung der Lasten im Verfahrensschritt 106 berücksichtigt.
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Zudem
kann regelmäßig in einem Verfahrensschritt 109 abgefragt
werden, ob eine Messung der Gießgeschwindigkeit des Gießguts
vorgenommen werden soll. Soll eine Messung der Gießgeschwindigkeit
in einem Verfahrensschritt 111 mit der mes senden Rolle
erfolgen, so ist zweckmäßig, dass die die Geschwindigkeit
messende Rolle möglichst durch die nachfolgenden, walzenden
Rollen in jeder Wirkrichtung entlastet wird. Dadurch kann eine möglichst
fehlerfreie Messung erfolgen.
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Dies
kann erreicht werden, indem die Last der die Geschwindigkeit messenden
Rolle erfasst wird, und die Last der Antriebe der walzenden Rollen in
Abhängigkeit von der Last der die Geschwindigkeit messenden
Rolle ein Lasten-Offset-Wert ΔI mittels eines PI-Reglers
in einem Verfahrensschritt 110 ermittelt wird. Durch den
Lasten-Offset-Wert ΔI, mit welchem die den walzenden Rollen
zugeordneten Antriebe gesteuert werden, kann erreicht werden, dass
die messende Rolle im Wesentlichen in alle Wirkrichtungen bei der
Messung entlastet ist. Nachdem die Last der den walzenden zugeordneten
Antriebe unter Berücksichtigung des Lasten-Offset-Wertes ΔI im
Verfahrensschritt 106 bei der Einstellung der Lasten, kann
eine Messung der Gießgeschwindigkeit mit verringertem Messfehler
realisiert werden.
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Nach
Einstellung der Lasten der den walzenden Rollen zugeordneten Antriebe
kann ein Drehsatzzusatzsollwert in einem Verfahrensschritt 107 ermittelt
werden. Mittels des Drehzahlzusatzsollwerts wird die durch die Verminderung
der Dicke bewirkte Geschwindigkeitserhöhung eines Gießgutabschnitts in
die Steuerung der Rollen mit einbezogen.
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Das
Verfahren kann kontinuierlich ausgeführt werden, wobei
die Steuerungen der Antriebe als Teil eines Regelkreises vorgenommen
werden können. Insbesondere kann das Verfahren solange
ausgeführt werden, bis das Gießen eines Gießguts, bspw.
eines Strangs, abgeschlossen.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren kann der Vorschub
des Gießguts verbessert werden, die Stabilität
der Gießgeschwindigkeit erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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