EP0403035A2 - Verfahren zum Erzielen einer Temparatur einer Metallschmelze - Google Patents

Verfahren zum Erzielen einer Temparatur einer Metallschmelze Download PDF

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EP0403035A2
EP0403035A2 EP90250080A EP90250080A EP0403035A2 EP 0403035 A2 EP0403035 A2 EP 0403035A2 EP 90250080 A EP90250080 A EP 90250080A EP 90250080 A EP90250080 A EP 90250080A EP 0403035 A2 EP0403035 A2 EP 0403035A2
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EP
European Patent Office
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melt
temperature
target temperature
heating power
plasma torch
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EP90250080A
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English (en)
French (fr)
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EP0403035B1 (de
EP0403035A3 (de
Inventor
Hans Josef Dr. Rer. Nat. Bebber
Karsten Dipl.-Ing. Brabandt
Bernhard Dipl.-Ing. Espendiller
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Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Publication of EP0403035A3 publication Critical patent/EP0403035A3/de
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Publication of EP0403035B1 publication Critical patent/EP0403035B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/04—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like tiltable
    • B22D41/05—Tea-pot spout ladles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • B22D2/006—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the temperature of the molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal

Definitions

  • the invention relates to a method for achieving a temperature of a molten metal in a pan or at the outlet of a distribution channel, the heating energy required for this being generated by at least one plasma torch.
  • EP-A1-0 180 741 discloses a method and a device for maintaining or increasing the temperature of a molten metal in a receptacle by supplying energy, the energy required for this being introduced by one or more plasma torches.
  • this document does not contain any information about how the heating power required for a predeterminable temperature should be measured.
  • no temporal boundary conditions for the temperature to be achieved are addressed there.
  • the invention has for its object to provide a method which ensures that the temperature of a molten metal in a ladle or a tundish at a predetermined point, e.g. at the outlet of the vessel, even in the event of any interfering influences, corresponds to a predefinable temperature profile over time, the temperature profile in the simplest case also being constant (maintaining the temperature).
  • the heating power determined by the control which in principle can also have a profile depending on the time, can approximately achieve the desired profile of the target temperature in the event of non-occurring disturbances
  • the feedback of the measured temperature is used to a controller Adaptation of the heating power determined on the basis of the entered values to the heating power actually required to achieve the target temperature in the event of interferences, so that the temperature profile of the molten metal, for example at the exit of the pan, the target is leveled out to a predefinable tolerance.
  • the distance between the plasma torch and the melt corresponding to the arc length is set to a low initial value and the current strength is changed in accordance with the required heating power, the heating power required in each case being compared with a heating power characteristic value, which is possible at maximum current and the initial distance between the plasma torch and the melt and the power adjustment required for temperature control, as long as the required heating output is below the heating output characteristic value, only via the current (with the arc length equal to the initial distance) and, insofar as the required heating output is above the heating power value lies exclusively over the distance between the plasma torch and the melt (with the arc current equal to the maximum current).
  • the steel mill or ladle 1 shown in FIG. 1 is filled with a molten metal 2.
  • a plasma torch 4 is carried out through the cover 3 of the ladle 1, the distance a from the surface of the melt 2 corresponding to the arc length can be changed by a moving device 5.
  • plasma torches can also be used, which can be supplied with direct or alternating current (or three-phase current) from a current source 6.
  • a temperature measuring point T1 is provided at the outlet 9 of the ladle 1.
  • a control and regulating device 7 is provided between the temperature measuring point T1 and the displacement device 5 and the current source 6, which receives the measurement signal of the temperature of the measuring point T1 on the input side and is connected to the displacement device 5 and the current source 6 with one output each.
  • the control and regulating device 7 consists of an adaptive controller 21 and a regulator 22, which are linked to form a unit 23, and a power adjustment 24, the adaptive controller 21 automatically adapting (adapting) its control program according to the requirements caused by different initial conditions.
  • the power adjustment 24 influences the current source 6 and the displacement device 5 within the controlled system 25 with the plasma torch 4 and the metal melt 2. A feedback is available from the measuring point T1 to the controller 22.
  • a target temperature T1 '(t) of the melt 2 which is to be observed, for example, when pouring onto the ladle 1, are first - The desired time course of the target temperature T1 '(t) and - as initial and boundary conditions in particular . the initial temperature T1 of the melt 2, . the mass m2 of the melt 2, . the specific heat capacity of the melt 2, . the mass flow ⁇ 9 of the outflowing melt, . System parameters such as the thickness of the lining of the ladle 1 etc. entered into the adaptive controller 21 and the controller 22.
  • the controller 21 determines the control signals for the heating power Q ⁇ (t) required to achieve the temperature profile T1 ′ (t) to be achieved, without taking into account any interference that may occur.
  • the controlled system 25 is modeled in its various process states on the one hand and on the other hand a reference temperature profile of the melt in the pan 1 in the operating point state is defined.
  • the controller 22 Simultaneously with the input of the above-mentioned data and continuously, the actual temperature T1 of the melt 2 is measured at the outlet of the ladle 1, the controller 22 in the event of a difference between the actual temperature T1 and the target temperature T1 ′ (t) that deviates from zero or a predetermined tolerance.
  • the control signal for heating power Q ⁇ (t) predetermined by the controller 21 changes such that the difference (T1 - T1 '(t)) developed back into the predeterminable tolerance.
  • the power adjustment 24 queries whether the respective heating power Q ⁇ (t) is less than or equal to the heating power K, which with the maximum current I max and a minimum distance a0 of the plasma torch 4 predetermined at the beginning, from the surface of the melt 2 is achievable.
  • the heating power Q ⁇ (t) specified by the controller 21 is in each case less than or equal to the heating power K (also referred to as the heating power characteristic value), the current intensity I is increased accordingly and if the predetermined heating power Q ⁇ (t) is greater than the heating power K is, the maximum current I max is left and the distance a of the plasma torch 4 from the surface of the melt 2 is increased in accordance with the predetermined heating power Q ⁇ (t) while increasing the arc voltage.
  • the pouring or distribution channel 10 shown in FIG. 3 has an inlet 11 at one end and one or more outlets 19 to one or each of a continuous casting installation (not shown here) at the other end (such an installation is described, for example, in US Pat. PS 3,333,452).
  • One or more plasma torches 14 are passed through the cover 13 of the distributor trough 10, the distance a from the surface of the melt 12 corresponding to the arc length being variable by a displacement device 15.
  • the plasma torch or torches 14 are connected to a current source 16.
  • a temperature measuring point T3 is provided at the at least one outlet of the distributor trough 10.
  • control and regulating device 17 which receives the measuring signal of the temperature of the measuring point T3 on the input side and is connected to the moving device 15 and the current source 16 with separate outputs.
  • the control and regulating device 17 for the distribution channel 10 consists of an adaptive control 31 and a control 32, which are linked to form a unit 33, and a power adjustment 34, the adaptive control 31 automatically adjusting its control program again according to the different Adapts initial conditions caused requirements (adapted).
  • the power adjustment 34 influences the current source 16 and the displacement device 15 within the controlled system 35 with the plasma torch 14 and the metal melt 12.
  • the heating power thus coupled directly influences the temperature T5 of the melt 12 below the at least one plasma torch 14.
  • this temperature T5 is due to a Dead time element t s is separated from the temperature T3 relevant for the process and thus for the control, which is compared with the target temperature profile T3 '(t) by a subtraction, the result of which is received in the controller 32.
  • the dead time t s is essentially due to the flow of the melt 12 in the channel 10 and the distance in the flow direction between the heat coupling through the at least one plasma torch 14 and the measuring point T3.
  • a target temperature T3 '(t) of the melt 12 are at the beginning of the casting process or at the beginning of a process change -
  • the time course of the target temperature T3 '(t) and - as initial and boundary conditions in particular.
  • the specific heat capacity of the melt 12 .
  • System parameters such as the thickness of the lining of the distribution channel 10 etc. entered into the adaptive controller 31 and the controller 32.
  • the controller 31 determines the control signals for the heating power Q ⁇ (t) required to achieve the temperature curve T3 ′ (t) to be achieved, without taking into account any interference that may occur.
  • the controller 31 also reacts automatically to changes in the process sequence (e.g. extension of a ladle change, delay in pouring, etc.), provided that these are entered by the staff using additional signals.
  • the controlled system 35 is in turn modeled in its various process states and, on the other hand, a reference temperature profile of the melt 12 in the distributor channel 10 is determined in the operating point state.
  • the control 32 in the event of a difference between the actual temperature T3 and the target temperature T3 ′ (t) which deviates from zero or a predetermined torelance the control signal given by the control 31 for heating power Q vorplace (t) changes taking into account the dead time t s in such a way that the difference (T3 - T3 '(t)) develops back into the predeterminable tolerance.
  • the power adjustment 34 it is queried whether the respective heating power Q ⁇ (t) is less than or equal to the heating power K (also referred to as the heating power characteristic value), the maximum current I max and a predetermined minimum distance a vortexen of the plasma torch 14 from the surface of the melt 12 can be reached.
  • the heating power Q ⁇ (t) specified by the controller 31 is less than or equal to the heating power K, the current intensity I is increased accordingly and, if the predetermined heating power Q ⁇ (t) is greater than the heating power K, the maximum current strength I max leave and the distance a of the plasma torch 14 from the surface of the melt 12 is increased according to the predetermined heating power Q ⁇ (t) while increasing the arc voltage.
  • a double temperature feedback is provided in a further embodiment (FIG. 5).
  • a further temperature measuring point T5 which is set up in the distributor channel 10 below the plasma torch 14 (cf. dash-dotted connecting line in FIG. 3).
  • the measuring signal of the temperature measuring point T5 is received after a subtracting temperature comparison in the controller 32 '.
  • the temperature of the melt 12 at the measuring point T3 now has essentially the same desired characteristic as the melt of the measuring point T5, since they are now separated from one another by the dead time element t s .
  • the difference between the target temperature T3' (t) and the temperature of the measuring point T3 is taken into account in a controller application control 37, taking into account the dead time t s , which influences the control process of the controller 32 'according to the still existing temperature difference (T3' - T3) and thus adjusts T3 to the target curve T3 '(t).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfahren zum Verwirklichen eines Zeitlichen Verlaufes einer Metallschmelze in einer Pfanne, wobei die Heizenergie durch mindestens einen Plasmabrenner erzeugt wird. Hier werden verschiedene Werte wie u.s. die Masse, die spezifischen Werte der in der Pfanne befindlichen Schmelze sowie Anlagenparameter in eine adaptive Steuerung eingegeben, und hieraus wird die Heizleistung ermittelt. Weiterhin wird fortlaufend die tatsächliche Temperatur der Schmelze gemessen und ebenfalls hierbei berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzielen einer Temperatur einer Metallschmelze in einer Pfanne oder am Austritt einer Verteilerrinne, wobei die dazu erforderliche Heizenergie durch mindestens einen Plasmabrenner erzeugt wird.
  • Aus der EP-A1-0 180 741 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Halten oder Erhöhen der Temperatur einer in einem Aufnahmegefäß befindlichen Metallschmelze durch Zuführen von Energie bekannt, wobei die dazu notwendige Energie durch einen oder mehrere Plasmabrenner eingebracht wird. Diese Schrift enthält aber keinerlei Angaben darüber, wie die für eine vorgebbare Temperatur notwendige Heizleistung bemessen werden soll. Des weiteren sind dort keinerlei zeitliche Randbedingungen für die zu erzielende Temperatur angesprochen.
  • Daneben sind auch Verfahren bekannt, bei denen die zum Heizen notwendige Energie durch eine mit der Verteilerrinne einer Stranggießanlage fest verbundene Induktionsheizung in die Metall schmelze eingebracht wird (vgl. z.B. EP-A1-0 132 280). Dieses Verfahren hat aber u.a. den Nachteil, daß für jedes Gefäß eine separate Heizeinrichtung vorhanden sein muß, was insbesondere bei Gießpfannen sehr aufwendig und nachteilig ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches sicherstellt, daß die Temperatur einer Metallschmelze in einer Pfanne oder einer Gießrinne an einer vorgebbaren Stelle, z.B. am Ausgang des Gefäßes, auch bei eventuell auftretenden Störeinflüssen einem vorgebbaren zeitlichen Temperaturverlauf entspricht, wobei der Temperaturverlauf im einfachsten Fall auch konstant sein kann (Halten der Temperatur).
  • Diese Aufgabe wird im Falle einer Pfanne dadurch gelöst,
    - daß der zeitliche Verlauf einer Zieltemperatur, die Masse, ggf. der Massenstrom der ausfließenden Schmelze und die spezifischen Werte der in der Pfanne befindlichen Schmelze sowie Anlagen-Parameter in eine adaptive Steuerung eingegeben werden,
    - daß aus diesen Werten der Verlauf eines zur Verwirklichung des zu erzielenden Temperaturverlaufs erforderlichen Heizleistung entsprechenden Stellsignals ermittelt wird,
    - daß gleichzeitig und fortlaufend die tatsächliche Temperatur der Schmelze gemessen wird
    - und daß das Stellsignal für die Heizleistung im Falle einer von einer vorgebbaren Toleranz überschreitenden Abweichung der tatsächlichen Temperatur der Schmelze von ihrer Zieltemperatur mittels einer Regelung in dem Sinne verändert wird, daß es bei einer die Zieltemperatur überschreitenden tatsächlichen Temperatur erniedrigt und bei einer die Zieltemperatur unterschreitenden tatsächlichen Temperatur erhöht wird.
  • Während die von der Steuerung ermittelte Heizleistung, die grundsätzlich auch einen Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit haben kann, den gewünschten Verlauf der Zieltemperatur für den Fall nicht auftretender Störungen der Erfahrung nach in etwa verwirklichen kann, dient die Rückkopplung der gemessenen Temperatur an einen Regler der Anpassung der aufgrund der eingegebenen Werte ermittelten Heizleistung an die zur Verwirklichung der Zieltemperatur bei ggf. auftretenden Störeinflüssen tatsächlich erforderliche Heizleistung, so daß der Temperaturverlauf der Metallschmelze, z.B. am Austritt der Pfanne, dem Zielverlauf gegenüber bis auf eine vorgebbare Toleranz ausgeregelt wird.
  • Im Falle einer Verteilerrinne, in der die Schmelze nicht verharrt, sondern durchfließt, ist nach Anspruch 2 vorgesehen, zusätzlich zu den im Falle einer Pfanne einzugebenden Werte noch die Temperatur der Schmelze beim Eintritt in die Verteilerrinne, die insgesamt in die Verteilerrinne einzubringende Masse der Schmelze und deren Massenstrom beim Eintritt und beim Austritt der Verteilerrinne in die Steuerung einzugeben. Dabei muß, insoweit die tatsächliche Temperatur der Schmelze am Austritt der Verteilerrinne und nicht unterhalb der Leistungseinkopplung durch den Plasmabrenner gemessen wird, das Stellsignal für die Heizleistung unter Berücksichtigung der systembedingten Totzeit verändert werden.
  • Es ist jedoch nach Anspruch 3 auch möglich, die Regelung des Stellsignals für die jeweils notwendige Heizleistung ohne Berücksichtigung einer systembedingten Totzeit zu betreiben, wenn zusätzlich zur Temperatur am Ausgang der Verteilerrinne die Temperatur in der Schmelze unterhalb des Plasmabrenners, also in der Wärmeeinbringungszone gemessen wird. In diesem Fall ist es sogar möglich, den Temperaturverlauf der Schmelze am Austritt der Verteilerrinne dem Zielverlauf gegenüber bis auf eine vorgebbare Toleranz auch unter Wegfall einer Steuerung auszuregeln.
  • Um die Anlage bei einem günstigen Wirkungsgrad zu fahren, ist weiterhin vorgesehen, den der Bogenlänge entsprechenden Abstand zwischen dem Plasmabrenner und der Schmelze auf einen geringen Anfangswert einzustellen und die Stromstärke entsprechend der erforderlichen Heizleistung zu verändern, die jeweils erforderliche Heizleistung mit einem Heizleistungskennwert zu vergleichen, der bei maximaler Stromstärke und dem Anfangsabstand zwischen dem Plasmabrenner und der Schmelze möglich ist und die zur Temperaturführung erforderliche Leistungsanpassung, solange die erforderliche Heizleistung unterhalb des Heizleistungskennwertes liegt, ausschließlich über die Stromstärke (mit der Bogenlänge gleich dem Anfangsabstand) und, soweit die erforderliche Heizleistung über dem Heizleistungskennwert liegt, ausschließlich über den Abstand zwischen dem Plasmabrenner und der Schmelze (mit dem Bogenstrom gleich der Maximalstromstärke) vorzunehmen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung zum Teil schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Gießpfanne mit der zugehörigen Einrichtung zum geregelten Heizen der Schmelze,
    • Fig. 2 die Einrichtung zum geregelten Heizen der in der Gießpfanne befindlichen Schmelze in symbolischer Darstellung,
    • Fig. 3 eine Verteilerrinne für eine Stranggußanlage mit der zugehörigen Einrichtung zum geregelten Heizen der Schmelze,
    • Fig. 4 die Einrichtung zum geregelten Heizen der Metallschmelze in der Verteilerrinne in symbolischer Darstellung und
    • Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung zum geregelten Heizen der Schmelze in einer Verteilerrinne in symbolischer Darstellung
  • Die in Fig. 1 dargestellte Stahlwerks- oder Gießpfanne 1 ist mit einer Metallschmelze 2 gefüllt. Durch den Deckel 3 der Gießpfanne 1 ist ein Plasmabrenner 4 durchgeführt, dessen der Bogenlänge entsprechender Abstand a von der Oberfläche der Schmelze 2 durch eine Verfahreinrichtung 5 veränderbar ist.
  • Statt des einen Plasmabrenners können je nach geforderter Heizleistung auch mehrere, z.B. zwei oder drei Plasmabrenner verwendet werden, die mit Gleich- oder Wechselstrom (bzw. Drehstrom) aus einer Stromquelle 6 gespeist werden können.
  • Am Ausgang 9 der Gießpfanne 1 ist eine Temperaturmeßstelle T1 vorgesehen. Zwischen der Temperaturmeßstelle T1 und der Verfahreinrichtung 5 und der Stromquelle 6 ist eine Steuer- und Regeleinrichtung 7 vorgesehen, die eingangsseitig das Meßsignal der Temperatur der Meßstelle T1 empfängt und mit je einem Ausgang mit der Verfahreinrichtung 5 und der Stromquelle 6 verbunden ist.
  • Die Steuer- und Regeleinrichtung 7 besteht aus einer adaptiven Steuerung 21 und einer Regelung 22, die zu einer Einheit 23 verknüpft sind, und einer Leistungsanpassung 24, wobei die adaptive Steuerung 21 ihr Steuerprogramm selbsttätig entsprechend den durch unterschiedliche Anfangsbedingungen verursachten Anforderungen anpaßt (adaptiert) . Die Leistungsanpassung 24 beeinflußt die Stromquelle 6 und die Verfahreinrichtung 5 innerhalb der Regelstrecke 25 mit dem Plasmabrenner 4 und der Metallschmelze 2. Von der Meßstelle T1 zum Regler 22 ist eine Rückkopplung vorhanden.
  • Zum Erreichen des zeitlichen Verlaufs einer Zieltemperatur T1′(t) der Schmelze 2, die z.B. beim Vergießen auf der Gießpfanne 1 zu beachten ist, werden zunächst
    - der gewünschte zeitliche Verlauf der Zieltemperatur T1′(t) und
    - als Anfangs- und Randbedingungen insbesondere
    . die Anfangstemperatur T1 der Schmelze 2,
    . die Masse m2 der Schmelze 2,
    . die spezifische Wärmekapazität der Schmelze 2,
    . der Massenstrom ṁ9 der ausfließenden Schmelze,
    . Anlagen-Parameter wie die Dicke der Ausmauerung der Gießpfanne 1 usw.
    in die adaptive Steuerung 21 und die Regelung 22 eingegeben.
  • Aus diesen Werten ermittelt die Steuerung 21 die Stellsignale für die zur Verwirklichung des zu erzielenden Temperaturverlaufs T1′(t) erforderliche Heizleistung Q̇(t) ohne Berücksichtigung etwa auftretender Störeinflüsse. Dabei ist als Grundlage zur Steuerungsentwicklung zum einen die Regelstrecke 25 in ihren verschiedenen Prozeßzuständen modelliert und zum anderen ein Referenztemperaturverlauf der Schmelze in der Pfanne 1 im Betriebspunktzustand festgelegt.
  • Gleichzeitig mit der Eingabe der genannten Daten und fortlaufend wird die Isttemperatur T1 der Schmelze 2 am Ausgang der Gießpfanne 1 gemessen, wobei die Regelung 22 im Falle einer von Null oder einer vorgegebenen Toleranz abweichenden Differenz zwischen der Isttemperatur T1 und der Zieltemperatur T1′(t) das von der Steuerung 21 vorgegebene Stellsignal zur Heizleistung Q̇(t) derart verändert, daß sich die aufgetretene Differenz (T1 - T1′(t)) in die vorgebbare Toleranz zurückentwickelt.
  • In der Leistungsanpassung 24 wird zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades abgefragt, ob die jeweilige Heizleistung Q̇(t) kleiner oder gleich der Heizleistung K ist, die mit maximaler Stromstärke Imax und einem am Anfang vorgegebenen Mindestabstand a₀ des Plasmabrenners 4 von der Oberfläche der Schmelze 2 erreichbar ist.
  • Sofern die von der Steuerung 21 vorgegebene Heizleistung Q̇(t) jeweils kleiner oder gleich der (auch als Heizleistungskennwert bezeichneten) Heizleistung K ist, wird die Stromstärke I entsprechend erhöht und sofern die vorgegebene Heizleistung Q̇(t) größer als die Heizleistung K ist, wird die maximale Stromstärke Imax belassen und der Abstand a des Plasmabrenners 4 von der Oberfläche der Schmelze 2 entsprechend der vorgegebenen Heizleistung Q̇(t) unter Erhöhung der Bogenspannung vergrößert.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Gieß- oder Verteilerrinne 10 weist an einem Ende einen Einlaß 11 und am anderen Ende einen oder mehrere Auslässe 19 zu einer bzw. je einer (hier nicht dargestellten) Stranggießanlage auf (eine derartige Anlage ist beispielsweise in der US-PS 3 333 452 offenbart). Durch den Deckel 13 der Verteilerrinne 10 sind ein oder mehrere Plasmabrenner 14 durchgeführt, wobei der der Bogenlänge entsprechende Abstand a von der Oberfläche der Schmelze 12 durch eine Verfahreinrichtung 15 veränderbar ist. Der bzw. die Plasmabrenner 14 sind an eine Stromquelle 16 angeschlossen. An dem wenigstens einen Ausgang der Verteilerrinne 10 ist eine Temperaturmeßstelle T3 vorgesehen. Zwischen der Meßstelle T3 und der Verfahreinrichtung 15 und der Stromquelle 16 ist wiederum eine Steuer- und Regeleinrichtung 17 vorgesehen, die eingangsseitig das Meßsignal der Temperatur der Meßstelle T3 empfängt und mit je einem getrennten Ausgang mit der Verfahreinrichtung 15 bzw. der Stromquelle 16 verbunden ist.
  • Die Steuer- und Regeleinrichtung 17 für die Verteilerrinne 10 besteht aus einer adaptiven Steuerung 31 und einer Regelung 32, die zu einer Einheit 33 verknüpft sind, und einer Leistungsanpassung 34, wobei die adaptive Steuerung 31 ihr Steuerprogramm wieder selbsttätig entsprechend den durch unterschiedliche Anfangsbedingungen verursachten Anforderungen anpaßt (adaptiert). Die Leistungsanpassung 34 beeinflußt die Stromquelle 16 und die Verfahreinrichtung 15 innerhalb der Regelstrecke 35 mit dem Plasmabrenner 14 und der Metallschmelze 12. Die so eingekoppelte Heizleistung beeinflußt direkt die Temperatur T5 der Schmelze 12 unter dem mindestens einen Plasmabrenner 14. Diese Temperatur T5 ist jedoch durch ein Totzeitglied ts von der für den Prozeß und somit für die Regelung relevanten Temperatur T3 getrennt, die rückgekoppelt mit dem Zieltemperaturverlauf T3′(t) durch eine Substraktion vergleichen wird, dessen Ergebnis in dem Regler 32 eingeht. Die Totzeit ts ist imwesentlichen durch das Fließen der Schmelze 12 in der Rinne 10 und durch den Abstand in Fließrichtung zwischen der Wärmeeinkopplung durch den mindestens einen Plasmabrenner 14 und der Meßstelle T3 bedingt.
  • Zum Erreichen des zeitlichen Verlaufs einer Zieltemperatur T3′(t) der Schmelze 12 werden am Anfang des Gießprozesses bzw. zu Beginn einer Prozeßänderung
    - der zeitliche Verlauf der Zieltemperatur T3′(t) und
    - als Anfangs- und Randbedingungen insbesondere . die Temperatur T4 der Schmelze beim Eintritt 11 in die Verteilerrinne 10,
    . die insgesamt in die Verteilerrinne 10 einzubringende Masse m2 der Schmelze,
    . der Massenstrom (die Gießrate) ṁ11 der Schmelze beim Eintritt 11 in die Verteilerrinne 10,
    . der Massenstrom ṁ19 am Ausgang 19 der Verteilerrinne 10,
    . die spezifische Wärmekapazität der Schmelze 12,
    . Anlagen-Parameter wie die Dicke der Ausmauerung der Verteilerrinne 10 usw.
    in die adaptive Steuerung 31 und die Regelung 32 eingegeben.
  • Aus diesen Werten ermittelt die Steuerung 31 die Stellsignale für die zur Verwirklichung des zu erzielenden Temperaturverlaufs T3′(t) erforderlichen Heizleistung Q̇(t) ohne Berücksichtigung etwa auftretender Störeinflüsse.
  • Die Steuerung 31 reagiert aber selbsttätig auch auf Veränderungen des Prozeßablaufs (z.B. Verlängerung eines Pfannenwechsels, Verzögerung beim Abgießen usw.), sofern diese durch Zusatzsignale vom Personal eingegeben werden. Als Grundlage zur Steuerungsentwicklung ist dabei wiederum zum einen die Regelstrecke 35 in ihren verschiedenen Prozeßzuständen modelliert und zum anderen ein Referenztemperaturverlauf der Schmelze 12 in der Verteilerrinne 10 im Betriebspunktzustand festgelegt.
  • Gleichzeitig mit der Eingabe der genannten Daten und fortlaufend wird die Isttemperatur T3 der Schmelze 12 am Ausgang 19 der Verteilerrinne 10 gemessen, wobei die Regelung 32 im Falle einer von Null oder einer vorgegebenen torelanzabweichenden Differenz zwischen der Isttemperatur T3 und der Zieltemperatur T3′(t) das von der Steuerung 31 vorgegebene Stellsignal zur Heizleistung Q̇(t) unter Berücksichtigung der Totzeit ts derart verändert, daß sich die aufgetretene Differenz (T3 - T3′(t)) in die vorgebbare Toleranz zurückentwickelt.
  • In der Leistungsanpassung 34 wird abgefragt, ob die jeweilige Heizleistung Q̇(t) kleiner oder gleich der (auch als Heizleistungskennwert bezeichneten) Heizleistung K ist, die mit maximaler Stromstärke Imax und einem am Anfang vorgegebenen Mindestabstand a₀ des Plasmabrenners 14 von der Oberfläche der Schmelze 12 erreichbar ist.
  • Sofern die von der Steuerung 31 vorgegebene Heizleistung Q̇(t) jeweils kleiner oder gleich der Heizleistung K ist, wird die Stromstärke I entsprechend erhöht und, sofern die vorgegebene Heizleistung Q̇(t) größer als die Heizleistung K ist, wird die maximale Stromstärke Imax belassen und der Abstand a des Plasmabrenners 14 von der Oberfläche der Schmelze 12 entsprechend der vorgegebenen Heizleistung Q̇(t) unter Erhöhung der Bogenspannung vergrößert.
  • Um das regelungstechnische Problem der systembedingten Totzeit ts zu umgehen und somit auf eine adaptive Steuerung verzichten zu können, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine zweifache Temperaturrückführung vorgesehen (Fig. 5). Dabei wird zusätzlich zu der Temperaturmeßstelle T3 am Ausgang 19 der Rinne 10 von einer weiteren Temperaturmeßstelle T5 Gebrauch gemacht, die in der Verteilerrinne 10 unterhalb des Plasmabrenners 14 eingerichtet ist (vgl. strichpunktierte Verbindungslinie in Fig. 3). Das Meßsignal der Temperaturmeßstelle T5 geht nach einem subtrahierenden Temperaturvergleich in den Regler 32′ ein. Durch diese Maßnahme des Erstellens eines totzeitlosen, T5-rückgekoppelten Regelkreises ist es möglich, die Temperatur der Schmelze 12 an der Meßstelle T5 ständig und unabhängig von Störungen auf einem vorgegebenen Wert zu halten bzw. entsprechend einem vorgebbaren Verlauf anzupassen.
  • Folglich hat nun auch die Temperatur der Schmelze 12 an der Meßstelle T3 im wesentlichen die gleiche gewünschte Charakteristik wie die Schmelze der Meßstelle T5, da sie nun durch das Totzeitglied ts voneinander getrennt sind. Um die Schmelze 12 der Meßstelle T3 nun auch absolut dem gewünschten Wert des vorgegebenen Temperaturverlaufes T3′(t) anzupassen, geht die Differenz der Zieltemperatur T3′(t) und der Temperatur der Meßstelle T3 unter Berücksichtigung der Totzeit ts in eine Reglereinsatzregelung 37 ein, die gemäß der noch bestehenden Temperaturdifferenz (T3′ - T3) den Regelungsprozeß des Reglers 32′ beeinflußt und somit T3 dem Zielverlauf T3′(t) anpaßt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verwirklichen eines zeitlichen Verlaufs einer Zieltemperatur einer Metallschmelze in einer Pfanne, wobei die dazu erforderliche Heizenergie durch mindestens einen Plasmabrenner erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der zeitliche Verlauf einer Zieltemperatur T1′(t), die Masse (m2), ggf. der Massenstrom (m9) der ausfließenden Schmelze (2) und die spezifischen Werte der in der Pfanne (1) befindlichen Schmelze (2) sowie Anlagen-Parameter in eine adaptive Steuerung (21) eingegeben werden,
- daß aus diesen Werten der Verlauf eines zur Verwirklichung des zu erzielenden Temperaturverlaufs erforderlichen Heizleistung (Q̇(t)) entsprechenden Stellsignals ermittelt wird,
- daß gleichzeitig und fortlaufend die tatsächliche Temperatur (T1) der Schmelze (2) gemessen wird
- und daß das Stellsignal für die Heizleistung (Q̇(t)) im Falle einer von einer vorgebbaren Toleranz überschreitenden Abweichung der tatsächlichen Temperatur (T1) der Schmelze (2) von ihrer Zieltemperatur (T1′(t)) mittels einer Regelung (22) in dem Sinne verändert wird, daß es bei einer die Zieltemperatur überschreitenden tatsächlichen Temperatur erniedrigt und bei einer die Zieltemperatur unterschreitenden tatsächlichen Temperatur erhöht wird.
2. Verfahren zum Verwirklichen eines zeitlichen Verlaufs einer Zieltemperatur einer Metallschmelze am Austritt einer Verteilerrinne, wobei die dazu erforderliche Heizenergie durch mindestens einen Plasmabrenner erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der zeitliche Verlauf einer Zieltemperatur (T3′(t)) der Schmelze, die Temperatur (T4) der Schmelze beim Eintritt (11) in die Verteilerrinne (10), die insgesamt in die Verteilerrinne (10) einzubringende Masse (m2) der Schmelze, deren Massenstrom (ṁ11, ṁ19) beim Eintritt (11) und beim Austritt (19) in bzw. aus der Verteilerrinne (10) und die spezifischen Werte der Schmelze (12) sowie Anlagen-Parameter in eine adaptive Steuerung (31) eingegeben werden,
- daß aus diesen Werten der Verlauf eines der zur Verwirklichung des zu erzielenden Temperaturverlaufs erforderlichen Heizleistung (Q̇(t)) entsprechenden Stellsignals ermittelt wird,
- daß gleichzeitig und fortlaufend die tatsächliche Temperatur T3 der Schmelze (12) am Austritt (19) der Verteilerrinne (10) gemessen wird,
- und daß das Stellsignal für die Heizleistung (Q̇(t)) im Falle einer von einer vorgebbaren Toleranz überschreitenden Abweichung der tatsächlichen Temperatur der Schmelze (12) von ihrer Zieltemperatur (T3′(t)) mittels einer Regelung (32) unter Bersücksichtigung der systembedingten Totzeit (ts) in dem Sinne verändert wird, daß es bei einer die Zieltemperatur überschreitenden tatsächlichen Temperatur erniedrigt und bei einer die Zieltemperatur unterschreitenden tatsächlichen Temperatur erhöht wird.
3. Verfahren zum Verwirklichen eines zeitlichen Verlaufs einer Zieltemperatur einer Metallschmelze am Austritt einer Verteilerrinne, wobei die dazu erforderliche Heizenergie durch mindestens einen Plasmabrenner erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
- daß fortlaufend die tatsächliche Temperatur (T3) zu der Schmelze (12) am Austritt (19) und die Temperatur (T5) der Schmelze unter der Plasmabrennereinflußzone gemessen wird
- und daß das Stellsignal für die Heizleistung (Q(t)) im Falle einer von einer vorgebbaren Toleranz überschreitenden Abweichung der tatsächlichen Temperatur (T3) der Schmelze (12) von ihrer Zieltemperatur (T3′(t)) mittels einer Regelung (32′) und einer Reglereinsatzregelung (37) in dem Sinne verändert wird, daß es bei einer die Zieltemperatur überschreitenden tatsächlichen Temperatur erniedrigt und bei einer die Zieltemperatur unterschreitenden tatsächlichen Temperatur erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der der Bogenlänge entsprechende Abstand (a) zwischen dem Plasmabrenner (4, 14) und der Schmelze (2, 12) auf einen geringen Anfangswert (a₀) eingestellt wird und vorerst die Stromstärke (I) entsprechend der erforderlichen Heizleistung (Q(t)) verändert wird,
- daß die jeweils erforderliche Heizleistung (Q(t)) mit einem Heizleistungskennwert (K) verglichen wird, der bei maximaler Stromstärke (Imax) und dem Anfangsabstand (a₀) zwischen dem Plasmabrenner (4, 14) und der Schmelze (2, 12) möglich ist
- und daß die zur Temperaturführung erforderliche Leistungsanpassung (24, 34), solange die erforderliche Heizleistung (Q(t)) unterhalb des Heizleistungskennwertes (K) liegt, ausschließlich über die Stromstärke (I) und, soweit die erforderliche Heizleistung (Q(t)) über dem Heizleistungskennwert (K) liegt, ausschließlich über den Abstand (a) zwischen dem Plasmabrenner (4, 14) und der Schmelze (2, 12) erfolgt.
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