Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur diversifizierten Regelung der Sekundärkühlung
einer Stranggießanlage, bei der die Sekundärkühlung an die aktuelle
Gießaufgabe bezüglich Stahlsorte, Schwierigkeiten während des Gießprozesses
etc. angepaßt wird.
Beim Stand der Technik von Stranggießanlagen wird die Sekundärkühlung geschwindigkeitsabhängig
üblicherweise nach Spritztabellen eingestellt. Die Auslegung
dieser Tabellen orientiert sich an einer normalen Kühlung des Stranges. Eine
Anpassung an die aktuelle Gießaufgabe bezüglich Stahlsorte, Schwierigkeit während
des Gießprozesses etc. wird nur durch manuelles Wechseln der Spritztabellen
vorgenommen.
Bekannt sind auch geeignete Regeleinrichtungen. Diese haben das Ziel, eine bestimmte
Oberflächentemperatur, Schalendicke oder Erstarrungslänge einzustellen.
Eine gleichzeitige Kombination dieser Ziele ist nicht vorgesehen.
In der Praxis zeigt es sich allerdings, dass die Strangkühlung nach mehreren Zielkriterien
optimiert werden müsste. Je nach Stahlgüte, Strangposition etc. stehen
andere Anforderungen an die Kühlung im Vordergrund und es ist nicht immer
leicht, alle Ziele mit einem Regelparameter abzudecken.
Das Dokument DE 44 17 808 A1 offenbart ein Verfahren zum Stranggießen eines
Metallstranges. Bei diesem Verfahren wird ein Strang mit von einer Strangschale
eingeschlossenem flüssigen Kern aus einer gekühlten Durchlaufkokille ausgezogen
und in einer der Durchlaufkokille nachgeordneten Strangstützeinrichtung gestützt
und mit Kühlmittel gekühlt.
Zur Berücksichtigung thermodynamischer Zustandsänderungen des Stranges, wie
Änderungen der Oberflächentemperatur, der Mittentemperatur, der Schalenstärke
und auch der mechanischen Zustände, wird das Verformungsverhalten in einem
mathematischen Simulationsmodell durch Lösen der Wärmeleitungsgleichung
ständig mitgerechnet und die Kühlung des Stranges wird in Abhängigkeit des errechneten
Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt,
wobei für die Simulation die Strangdicke und die chemische Analyse des
Metalls sowie die ständig gemessene Gießgeschwindigkeit berücksichtigt wird.
Das Dokument EP 0 650 790 B1 offenbart ein Verfahren zur thermischen Oberflächenbehandlung
von Strängen aus feinkörnigem Baustahl in einer Stranggussmaschine,
welcher ein Wärmeofen zum Aufheizen der Stränge einer heißen Charge
zugeordnet ist, um das Ausscheiden von Verbindungen des Aluminiums, Vanadiums,
Niobs und dergleichen zu verhindern, und um Oberflächendefekte aufgrund
von Spannungen zu eliminieren oder zumindest weitgehend zu reduzieren. Die
diesbezügliche Stranggussmaschine weist eine Kokille, eine Sekundär-Kühlkammer,
eine Auszieh- und Ausrichteeinheit sowie eine Schneideeinheit auf.
Das diesbezügliche Verfahren besitzt einen ersten Kühlschritt für Stränge innerhalb
der Sekundär-Kühlkammer und einen zweiten Kühlschritt für die Stränge vor
der Schneideeinheit. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch ein Oberflächenabschrecken
der äußeren Schicht der Stränge mit Hilfe des zweiten Kühlschrittes,
das durch ein intensives und konzentriertes Kühlen der Oberfläche der Stränge
erreicht wird, um die Oberflächentemperatur der Stränge nach dem natürlichen,
durch den heißen Kern der Stränge verursachten Tempern zwischen etwa 400 ° C
und etwa 900 ° C zu reduzieren, wobei dieses intensive und konzentrierte Kühlen
dadurch realisiert wird, dass durch eine Mehrzahl von Sprühdüsen ein Kühlfluid
auf Wasserbasis unter Druck gegen die Oberfläche der Stränge gesprüht wird.
Das intensive und konzentrierte Kühlen ist von den Abmessungen der Stränge
abhängig und wird unmittelbar oder unmittelbar nach dem Schritt des Ausziehens
und Ausrichtens der Stränge durch die Auszieh- und Ausrichteeinheit angewendet.
Das Dokument WO 01/91943 A1 offenbart ein Verfahren zum Stranggießen eines
Metallstranges, insbesondere eines Stahlstranges, wobei ein Strang aus einer gekühlten
Durchlaufkokille ausgezogen, in einer der Durchlaufkokille nachgeordneten
Strangstützeinrichtung gestützt und mit Kühlmittel gekühlt sowie ggf. dickenreduziert
wird. Zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Strang
wird das Stranggießen unter on-line-Berechnung unter Zugrundelegung eines die
Ausbildung bestimmten Gefüges beschreibenden Rechenmodelles durchgeführt.
Die Gefügeausbildung beeinflussende Variable des Stranggießverfahrens, wie z.
B. die zur Kühlung des Stranges vorgesehene spezifische Kühlmittelmenge, wird
während des laufenden Gießens eingestellt.
Das Dokument DE 195 42 434 C2 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Optimierung der Kühlung bzw. Kühlmittelmenge beim Stranggießen.
Das Verfahren kann insbesondere bei variabler Stranggeschwindigkeit eingesetzt
werden, wobei das Abkühlen- und Erstarrungsverhalten des Stranges durch ortsfeste
Kühleinrichtungen, insbesondere Wassersprüheinrichtungen, beeinflusst
wird und die Kühlmittelmenge entsprechend einer vorab bestimmten Strangmaterial
abhängigen Beziehung zwischen der Zeitspanne, der ein Strangsegment der
Kühlung ausgesetzt wird und der optimalen Kühlmenge bestimmt wird, und wobei
die Strangmaterial abhängige Beziehung zwischen der Zeitspanne, der das
Strangsegment der Kühlung ausgesetzt ist, und der optimalen Kühlmenge, aus
bekannten, vom Ort des Strangsegments abhängigen Beziehungen zwischen
Stranggeschwindigkeit und optimaler Kühlung bestimmt wird. Dabei erfolgt die
Auswahl von Zusammenhängen zwischen Stranggeschwindigkeit und Kühlung
durch Festsetzung einer virtuellen Stranggeschwindigkeit, die willkürlich und unabhängig
von der tatsächlichen Stranggeschwindigkeit festgesetzt wird.
Das Dokument DE 196 12 420 C2 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der
Kühlung eines Stranges in Stranggießanlagen, bei der die Kühlung bzw. das Erstarrungsverhalten
des Stranges durch die zur Kühlung des Stranges verwendete
Kühlmittelmenge sowie die Art der Kühlmittelaufbringung beeinflusst werden kann,
wobei die notwendige Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart mittels eines Kühlmodells
in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Solltemperaturverteilung im
Strang bzw. einer äquivalenten Größe ermittelt wird. Mit dem Kühlmodell wird
ständig die Temperaturverteilung im Strang in Abhängigkeit von der Kühlmittelmenge
bzw. -aufbringungsart in Echtzeit ermittelt. Die notwendige Kühlmittelmenge
bzw. -aufbringungsart wird auf iterative Weise in Abhängigkeit von einer vorgegebenen
Solltemperaturverteilung bestimmt, wobei so oft iteriert wird, bis die Abweichung
der mit dem Kühlmodell ermittelten Temperaturverteilung von der vorgegebenen
Solltemperaturverteilung kleiner ist, als ein vorgegebener Toleranzwert.
Das Dokument DE 1 960 671 A1 offenbart ein Verfahren zum Kühlen von aus einer
Durchlaufkokille austretendem Stranggut, wobei die die Strangoberfläche beaufschlagende
Kühlwassermenge einstellbar ist. Zu Beginn eines Gießvorganges
werden Sollwerte der Kühlwassermenge in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
des Stranggutes, des Querschnitts und der Erstarrungszeit eingestellt. Aus
den Sollwerten wird während des Gießens in Abhängigkeit vom augenblicklichen
Integralwert der Gießgeschwindigkeit während des Weges des Stranges von der
Schmelzenoberfläche bis zur jeweiligen Kühlzone ein zu der Kühlzone passender
Sollwert in der Weise ausgewählt und für die Kühlwassersteuerung verwendet,
dass die Strangoberflächentemperatur vorbestimmbar bleibt.
Das Dokument DE 2 344 438 A2 offenbart ein Verfahren zum Steuern der Kühlung
eines aus einer Stranggießkokille austretenden Stranges, wobei die die
Strangoberfläche beaufschlagenden Kühlwassermengen für einzelne Abschnitte
des Kühlbereiches einstellbar sind und zu Beginn eines Gießvorganges durch einen
Rechner Sollwerte dieser Kühlwassermengen in Abhängigkeit von der chemischen
Zusammensetzung des Strangmaterials, des Querschnittes und der gewünschten
Gießgeschwindigkeit vorgegeben und während dem Gießen abhängig
von der Laufzeit von unwirklichen Strangabschnitten von der Kokille bis zum entsprechenden
Abschnitt des Kühlbereiches verändert werden. Während dem Gießen
werden durch integrierende Geschwindigkeit der einzelnen Strangabschnitte
über der Laufzeit und gleichzeitiges Festhalten der von einem Strangabschnitt im
Kühlbereich verbrachten Zeit, mit dem Rechner die auf die einzelnen Strangabschnitte
aufgebrachten Kühlmittelmenge ermittelt und mit entsprechenden Sollmengen
verglichen und es werden die noch auf diese Strangabschnitte aufzubringenden
Restkühlmittelmengen bestimmt. Abhängig von diesen Restkühlmengen
wird, nach einer vom Rechner ermittelten Zeitverschiebung die Länge der einzelnen
Kühlbereichsabschnitte und/oder die Gesamtlänge des Kühlbereiches geändert
und dabei die Verweilzeit der einzelnen Strangabschnitte im gesamten Kühlbereich
konstant gehalten.
Das Dokument DE 25 42 290 C2 offenbart ein Verfahren zum Steuern des
Stranggießens von Metall in einer Stranggießanlage mit einer wassergekühlten
Kokille, wobei durch Primärkühlung des flüssigen Metalls ein Metallstrang mit flüssigem
Kern gebildet wird, der aus der Kokille austritt und aufeinander folgende
Sekundärkühlzonen durchfährt, in welchen er über Regelschieber mit Kühlwasser
in steuerbaren Mengen beaufschlagt wird, wobei die optimale, den vorgegebenen
Qualitätsanforderungen entsprechende Gießgeschwindigkeit bestimmt und der
synchrone Verlauf des Gießens mit den zugeordneten Behandlungsöfen des Metalls
aufrecht erhalten wird, indem das Gießen mit der optimalen Geschwindigkeit
gemessen wird. Vor dem Beginn des Gießens wird ein bestimmter Temperaturverlauf
entsprechend der optimalen Gießgeschwindigkeit entlang der Stranggutoberfläche
vorgegeben, für welche die Wassermengen der Sekundärkühlzone eingestellt
werden. Während des Gießens wird die gemessene wirkliche Gießgeschwindigkeit
mit der optimalen Gießgeschwindigkeit verglichen und die abweichende
tatsächliche Gießgeschwindigkeit von der optimalen Gießgeschwindigkeit
wird für die Nachsteuerungen der Regelschieber für die Wassermengen verwendet.
Das Dokument DE 26 51 573 A1 offenbart ein Verfahren zum Sekundärkühlen
eines Metallstranges, insbesondere aus Stahl, durch mengengesteuertes Aufsprühen
eines Kühlmittels in einzelnen Kühlbereichen mit Düsen, bei denen die
Strangschale auf der Oberfläche jeweils flächenabschnittsweise, intermittierend in
Folge des Strangvorschubs abgekühlt und durch die aus dem Stranginnern nachströmende
Wärme wiedererwärmt wird. Die jeder Düse in der Zeiteinheit zugeführte
Kühlmittelmenge wird nach Vorgabewerten der Kühlmittelmenge, die jeder
Strangoberflächeneinheit von einer Düse zugeführt wird, gesteuert. Die Kühlmittelmenge
für die einzelnen durch einen Abstand X der am weitesten von der
Stranggießkokille entfernten Düse jedes Kühlbereiches von der Stranggießkokille
wird in Prozenten der gesamten Sekundärkühlstrecke festgelegten Kühlbereiche
auf Werte eingestellt, die in einer graphischen Darstellung der Kühlmittelmenge
über der Sekundärkühlstrecke zwischen den Schnittpunkten der am Ort der am
weitesten von der Stranggießkokille entfernten Düse der auf der Abszisse aufgetragenen
einzelnen Kühlbereiche errichteten Senkrechten liegen.
Ausgehend vom vorgenannten umfangreichen Stand der Technik liegt der Erfindung
das Bedürfnis und die Aufgabe zugrunde, durch ein flexibleres Regelprinzip,
das direkter auf die Kühlanforderungen des Stranggießens eingeht, eine weitergehende
Verbesserung der Sekundärkühlung zu erreichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 vorgeschlagen, daß die Segmente der Sekundärkühlung jeweils gesonderte
Kühlkreisläufe besitzen, die mit einer individuellen aufgabenbezogenen
Sollwertvorgabe geregelt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Regelung der Kühlkreisläufe
für die einzelnen Segmente mit einem Kühlmodell erfolgt, welches bestimmte Aufgabenbereiche
umfaßt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in diesem Kühlmodell für jedes Segment
Strangschalendicke oder Schalenfestigkeit, Erstarrungslänge, Seigerungverhalten,
Gefügeausprägung, Strangoberflächentemperatur, Strangschalenspannung
oder dergleichen berechenbar sind und eine Zuordnung der genannten
Funktionen zu dem jeweiligen Segment der jeweiligen Gießaufgabe dynamisch
erfolgt.
Weiterhin ist mit der Erfindung vorgesehen, mit Unterregelkreisen nach den individuellen
Sollwertvorgaben die passenden Wassermengen zu bestimmen.
Und schließlich ist vorgesehen, dass ein genereller Regler die einzelnen Unterregelkreise
miteinander abstimmt.
Zur diversifizierten Regelung kann die Sekundärkühlung demzufolge erfindungsgemäß
in Aufgabenbereiche eingeteilt werden, die vorrangig eine bestimmte
Funktion zu erfüllen haben. Beispiele für solche Aufgabenbereiche sind:
1. Schalenbildungs-Segment: Die Beaufschlagung muss so bemessen sein,
dass genügend schnell eine belastbare Dicke der Strangschale entsteht und
unerwünschte Schwingungserscheinungen durch Ausbauchung vermieden
werden (Vorgabe der Schalendicke oder -festigkeit am Segmentende). 2. Intensivkühl-Segment mit möglichst starker Kühlung kann eingesetzt werden,
wenn die Materialgüte unkritisch ist und eine möglichst hohe Produktion gefahren
werden soll oder wenn eine Gefahrensituation eintritt (z. B. Erstarrung
läuft aus de Sekundärkühlzone heraus). 3. Gefügeausprägungs-Segment: Die Kühlung richtet sich nach dem Seigerungsverhalten
oder der Ausbildung gewünschter Korngrößen. 4. Temperaturregel-Segment: Der Kühlkreislauf wird so geregelt, dass eine bestimmte
Oberflächentemperatur am Segmentende eingestellt wird (Ausreichende
Duktilität an belastungskritischen Stellen, Vermeidung von Oberflächenrissen). 5. Sumpspitzenregel-Segment: Die Wassermenge wird so geregelt, dass die
Sumpfspitze in einer bestimmten Solllage verharrt (z. B. zur vollen Ausnutzung
der metallurgischen Länge). 6. Liquidfraction-Regelsegment: Bei Softreduction soll die Abnahme bei einem
vorgegebenen Flüssigkeitsanteil im Sumpf beginnen. Dieser sollte dann
möglichst stabil sein. 7. Säuberung-Segment: Gießpulverreste und Zunderpartikel sollen entfernt
werden, d. h. der Regelkreis muss so eingestellt werden, dass eine geeignete
Kombination aus Aufschlagimpuls und Beaufschlagungsdichte erreicht
wird. 8. Ausgleichs-Segment: Dieses erfüllt im Wesentlichen eine Ausgleichsfunktion.
Die Wasserwerte werden so bestimmt, dass ein vorbestimmter Temperatursprung
zum Vorgänger- oder Nachfolgersegment erreicht wird, um unzulässige
Schalenspannungen infolge zu schneller Änderungen der Kühlintensitäten
zu vermeiden. Als Vorgängersegment kann auch die Kokille interpretiert
werden, als Nachfolgersegment auch der Anlagenteil hinter dem letzten
Kühlsegment.
Die oben beschriebenen Segmente oder Aufgabenbereiche bedürfen individueller
Vorgaben, wie Sollwerttemperaturen, Sollschalendicke oder Liquidfractionrate, die
in einer Anlage sinnvoll kombiniert werden. Hierfür werden drei Beispiele vorgestellt:
Kühlsegement-Nr. | Stahlgruppe A | Stahlgruppe B | Stahlgruppe C |
Kokille |
Segment 1 | Schalenbildungssegment | Ausgleichssegment | Gefügeausprägungssegment |
Segment 2 | Schalenbildungssegment | Schalenbildungssegment | Gefügeausprägungssegment |
Segment 3 | Temperaturregelsegment | Sumpfspitzenregelsegment | Temperaturregelsegment |
Segment 4 | Säuberungssegment | Sumpfspitzenregelsegment | Temperaturregelsegment |
Segment 5 | Temperaturregelsegment | Sumpfspitzenregelsegment | Temperaturregelsegment |
Segment 6 | Temperaturregelsegment | Ausgleichssegment | Liquidfractionsregelsegment |
Diese Zuordnungen sind nicht fest sondern der jeweiligen Gießaufgabe dynamisch
zugeordnet.