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EP1113891B1 - Verfahren und einrichtung zum giessen eines stranges aus flüssigem metall - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum giessen eines stranges aus flüssigem metall Download PDF

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Publication number
EP1113891B1
EP1113891B1 EP99948672A EP99948672A EP1113891B1 EP 1113891 B1 EP1113891 B1 EP 1113891B1 EP 99948672 A EP99948672 A EP 99948672A EP 99948672 A EP99948672 A EP 99948672A EP 1113891 B1 EP1113891 B1 EP 1113891B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
setpoint value
rod
liquid metal
mould
rod speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99948672A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1113891A2 (de
Inventor
Uwe STÜRMER
Bernhard Weisshaar
Martin Niemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7876584&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1113891(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1113891A2 publication Critical patent/EP1113891A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1113891B1 publication Critical patent/EP1113891B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for casting a strand of liquid metal into a Poured mold and pulled out of the mold as a strand becomes.
  • DE 196 40 806 A1 describes a method for casting a Strands of liquid metal poured into a mold and pulled out of the mold as a strand with a solidified shell becomes.
  • An essential factor for good quality of the strand cast in this way is a constant maintenance of the Casting level, d. H. of the level of liquid metal in the Mold. It is known to regulate the mold level. It is the controller design difficult, because strong disturbances on the Soak in the casting mirror.
  • DE 44 04 148 A1 describes a Process for continuous casting in vertical or arch systems, where the bath level in the mold by a measuring system recorded and by a semi or fully automatic control system is kept constant.
  • the object of the invention is a method for casting a To specify strands of liquid metal by means of a mold, that in the event of, in particular typical, disturbances the mold level in the mold is better constant than before holds.
  • the setpoint or the stopper position setpoint depending on the Derivation of the line speed corrected is advantageously carried out by adding an additional setpoint to the setpoint or stopper position setpoint.
  • liquid Metal 13 in this case steel, into a distribution channel 7 cast.
  • the liquid metal flows from the distribution channel 7 via a dip tube 5 with outlet opening 6 into the mold 3.
  • In the mold 3 forms a strand from the liquid metal 1, which is pulled out of the mold 3 via rollers 4.
  • the inflow of liquid metal 13 via the dip tube 5 in the Chill mold 3 is influenced by a plug 8, which has a Mechanism 9, which has a support arm and a lifting rod, is moved.
  • the lifting rod is in turn driven by a hydraulic cylinder 10 driven by an automation device 12 depending on a hydraulic cylinder manipulated variable s is controlled or regulated.
  • the position of the lifting rod and so that the stopper position h is by means of a position measuring device 15 measured and to the automation device 12 transfer.
  • the arrangement has a mold level measuring device 11, which the casting level g, i. the level of the liquid Measures metal in the mold 3.
  • the mold level measuring device 11 is like the position measuring device 15 and the hydraulic cylinder 10 in terms of data technology with the automation device 12 connected.
  • the automation device 12 controls the mold level G.
  • the strand 1 pulled out of the mold 3 has a swamp tip, d. H. a liquid core 2, and one solidified shell 14.
  • the second shows an additional setpoint generator 19 in cooperation with a casting controller 18.
  • the additional setpoint generator 19 determines an additional setpoint ⁇ h * s as a function of the setpoint v * G of the strand speed.
  • the pouring regulator 18 has a pouring level regulator 20 and a stopper position regulator 21.
  • the mold level controller 20 determines a stopper position setpoint h * as a function of the difference between a setpoint level g * and the actual level g.
  • the stopper position controller 21 determines a manipulated variable s for the lifting cylinder 10 as a function of a stopper position control difference ⁇ h.
  • the stopper position control difference ⁇ h is the difference between the stopper position setpoint h * and the stopper position h to which the additional setpoint ⁇ h * s is added. This represents a correction of the stopper position setpoint h * in the sense of the invention.
  • a multiplicative correction of the stopper position setpoint h * can be carried out.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment for an additional setpoint generator 19 from FIG. 2.
  • reference symbol 23 denotes a P element and reference symbol 22 denotes a multiplier.
  • the setpoint of the line speed v * G is multiplied by the mold width b K by means of the multiplier.
  • the product is multiplied by means of the P element 23 by a gain K 1 .
  • the output variable of the additional setpoint generator 23 is the additional setpoint ⁇ h * s .
  • the gain K 1 is selected such that the additional setpoint ⁇ h * s leads to a stopper position which corresponds to the setpoint of the line speed v * G.
  • FIG. 4 shows a particularly advantageous exemplary embodiment for an additional setpoint generator 19 from FIG. 2.
  • reference symbols 22 and 23 and b K , K 1 and ⁇ h * s have the same meaning as in FIG. 3.
  • Reference symbol 25 denotes a differentiator and reference symbol 26 an integrator.
  • Reference numeral 27 designates a P element with the gain K 2 .
  • Numeral 28 denotes a switch. The positions of the switch 28 are explained in FIG. 5.
  • T denotes the time and S28 the position of the switch 28, the position 0 the closed position of the switch and the position 1 the open position of the switch 28.
  • FIG. 5 shows the course of a target strand speed v * G over time t.
  • This course is divided into three areas 30, 31, 32.
  • the desired strand speed v * G is constant in the region 30. It rises in area 31 and is constant again at a higher level in area 32.
  • the increase in the target strand speed v * G in the area 31 takes a time ⁇ t S28 .
  • a common length for the time interval ⁇ t S28 is seconds to minutes.
  • an additional setpoint generator 19 makes it possible for the stopper position setpoint to be corrected with an additional setpoint ⁇ h * s essentially only during the phases of a change in the set strand speed v * G.
  • the additional setpoint ⁇ h * s is continuously reduced within 1 to 2 minutes with the switch S28 closed, so that the integral part of the slurry level controller 20 is able to successively replace the reduced setpoint ⁇ h * s .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Metall, das in eine Kokille gegossen und als Strang aus der Kokille herausgezogen wird.
Die DE 196 40 806 A1 beschreibt ein Verfahren zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Metall, das in eine Kokille gegossen und als Strang mit erstarrter Hülle aus der Kokille herausgezogen wird. Ein wesentlicher Faktor für eine gute Qualität des so gegossenen Stranges ist eine Konstanthaltung des Gießspiegels, d. h. des Stands von flüssigem Metall in der Kokille. Es ist bekannt, den Gießspiegel zu regeln. Dabei ist die Reglerauslegung schwierig, da starke Störgrößen auf den Gießspiegel einwirken. Die DE 44 04 148 A1 beschreibt ein Verfahren zum Stranggießen in Vertikal- oder Bogenanlagen, bei dem der Badspiegel in der Kokille durch ein Messsystem erfasst und durch ein halb- oder vollautomatisches Regelsystem konstant gehalten wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Metall mittels einer Kokille anzugeben, das beim Auftreten von, insbesondere typischen, Störungen den Gießspiegel in der Kokille besser als bisher konstant hält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 2 und eine Einrichtung gemäß Anspruch 4 bzw. 5 gelöst. Erfindungsgemäß werden Gießspiegelschwankungen, bedingt durch Änderung der Stranggeschwindigkeit, deutlich reduziert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert bzw. der Stopfenpositions-Sollwert in Abhängigkeit der Ableitung der Stranggeschwindigkeit korrigiert. Die Korrektur erfolgt vorteilhafterweise durch Addition eines Zusatzsollwertes zum Sollwert bzw. Stopfenpositions-Sollwert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1
eine Anordnung zum Stranggießen,
FIG 2
einen Gießregler mit einem Zusatzsollwertgeber,
FIG 3
ein Ausführungsbeispiel für einen Zusatzsollwertgeber,
FIG 4
ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für einen Zusatzsollwertgeber,
FIG 5
das Schaltverhalten des Schalters 28 aus FIG 4.
In einer beispielhaften Anordnung gemäß FIG 1 wird flüssiges Metall 13, in diesem Falle Stahl, in eine Verteilerrinne 7 gegossen. Aus der Verteilerrinne 7 fließt das flüssige Metall über ein Tauchrohr 5 mit Auslaßöffnung 6 in die Kokille 3. In der Kokille 3 bildet sich aus dem flüssigen Metall ein Strang 1, der über Rollen 4 aus der Kokille 3 herausgezogen wird.
Der Zufluß flüssigen Metalls 13 über das Tauchrohr 5 in die Kokille 3 wird über einen Stopfen 8 beeinflußt, der über eine Mechanik 9, die einen Tragarm und eine Hubstange aufweist, bewegt wird. Die Hubstange wird wiederum durch einen Hydraulikzylinder 10 angetrieben, der über ein Automatisierungsgerät 12 in Abhängigkeit einer Hydraulikzylinder-Stellgröße s gesteuert bzw. geregelt wird. Die Position der Hubstange und damit die Stopfen-Position h wird mittels eines Positionsmeßgerätes 15 gemessen und an das Automatisierungsgerät 12 übertragen. Außerdem weist die Anordnung ein Gießspiegelmeßgerät 11 auf, das den Gießspiegel g, d.h. den Stand des flüssigen Metalls in der Kokille 3 mißt. Das Gießspiegelmeßgerät 11 ist ebenso wie das Positionsmeßgerät 15 und der Hydraulikzylinder 10 datentechnisch mit dem Automatisierungsgerät 12 verbunden. Das Automatisierungsgerät 12 regelt den Gießspiegel g. Der aus der Kokille 3 herausgezogene Strang 1 weist eine Sumpfspitze, d. h. einen flüssigen Kern 2, und eine erstarrte Hülle 14 auf.
FIG 2 zeigt einen Zusatzsollwertgeber 19 im Zusammenwirken mit einem Gießregler 18. Der Zusatzsollwertgeber 19 ermittelt einen Zusatzsollwert Δh* s in Abhängigkeit des Sollwerts v* G der Stranggeschwindigkeit. Der Gießregler 18 weist einen Gießspiegelregler 20 sowie einen Stopfenpositionsregler 21 auf. Der Gießspiegelregler 20 ermittelt einen Stopfenpositions-Sollwert h* in Abhängigkeit der Differenz von einem Gießspiegel-Sollwert g* und dem Gießspiegel-Istwert g. Der Stopfenpositionsregler 21 ermittelt eine Stellgröße s für den Hubzylinder 10 in Abhängigkeit einer Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh. Die Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh ist die Differenz aus Stopfenpositions-Sollwert h* und der Stopfenposition h, zu der der Zusatzsollwert Δh* s addiert wird. Dies stellt eine Korrektur des Stopfen-Positionssollwertes h* im Sinne der Erfindung dar. Die Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh wird also gemäß Δh = (h* + Δh* s) - h gebildet. Alternativ dazu kann auch eine multiplikative Korrektur des Stopfenpositions-Sollwertes h* vorgenommen werden. In diesem Falle ergibt sich die Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh gemäß Δh = h* ·Δh* m - h mit
Figure 00040001
wobei Δh* m einen multiplikativen Zusatzsollwert darstellt.
FIG 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Zusatzsollwertgeber 19 aus FIG 2. Dabei bezeichnen Bezugszeichen 23 ein P-Glied und Bezugszeichen 22 einen Multiplikator. Mittels des Multiplikators wird der Sollwert der Stranggeschwindigkeit v* G mit der Kokillenbreite bK multipliziert. Das Produkt wird mittels des P-Gliedes 23 mit einer Verstärkung K1 multipliziert. Ausgangsgröße des Zusatzsollwertgebers 23 ist der Zusatzsollwert Δh* s. Die Verstärkung K1 wird derart gewählt, daß der Zusatzsollwert Δh* s zu einer Stopfenposition führt, die dem Sollwert der Stranggeschwindigkeit v* G entspricht.
FIG 4 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für einen Zusatzsollwertgeber 19 aus FIG 2. Dabei haben Bezugszeichen 22 und 23 sowie bK, K1 und Δh* s die gleiche Bedeutung wie in FIG 3. Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Differenzierer und Bezugszeichen 26 einen Integrator. Bezugszeichen 27 bezeichnet ein P-Glied mit der Verstärkung K2. Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Schalter. Die Stellungen des Schalters 28 sind in FIG 5 erläutert. Dabei bezeichnet t die Zeit und S28 die Stellung des Schalters 28, wobei die Stellung 0 die geschlossene Stellung des Schalters und die Stellung 1 die Offenstellung des Schalters 28 bezeichnet.
FIG 5 zeigt den Verlauf einer Soll-Stranggeschwindigkeit v* G über die Zeit t. Dieser Verlauf ist in drei Bereiche 30, 31, 32 unterteilt. Im Bereich 30 ist die Soll-Stranggeschwindigkeit v* G konstant. Sie steigt im Bereich 31 an und ist im Bereich 32 auf höherem Niveau wieder konstant. Der Anstieg der Soll-Stranggeschwindigkeit v* G im Bereich 31 dauert eine Zeit ΔtS28. Eine übliche Länge für das Zeitintervall ΔtS28 beträgt Sekunden bis Minuten.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung eines Zusatzsollwertgebers 19 gemäß FIG 4 ist es möglich, daß der Stopfenpositions-Sollwert im wesentlichen nur während der Phasen einer Anderung der Soll-Stranggeschwindigkeit v* G mit einem Zusatzsollwert Δh*s korrigiert wird.
Während der übrigen Zeit wird der Zusatzsollwert Δh* s bei geschlossenem Schalter S28 innerhalb 1 bis 2 Minuten kontinuierlich so abgebaut, daß der Integral-Anteil des Gießspiegelreglers 20 in der Lage ist, den abgebauten Zusatzsollwert Δh* s sukzessive zu ersetzen.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Metall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang mit einer bestimmten Stranggeschwindigkeit aus der Kokille (3) herausgezogen wird, wobei der Gießspiegel, d. h. der Stand des flüssigen Metalls in der Kokille (3), mittels eines Reglers, dem ein Sollwert zugeführt wird, geregelt wird, und der Sollwert in Abhängigkeit der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes korrigiert wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzsollwert in Abhängigkeit des Stranggeschwindigkeitssollwertes ermittelt und zu dem Sollwert addiert wird, und der Zusatzsollwert mittels einer schaltbaren Gegenkopplung wieder langsam abgebaut wird.
  2. Verfahren zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Metall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang mit einer bestimmten Stranggeschwindigkeit aus der Kokille (3) herausgezogen wird, wobei der Zufluß flüssigen Metalls in die Kokille (3) mittels eines Stopfens eingestellt wird, und wobei der Stopfen mittels eines Stopfenpositionsreglers (21) auf einen Stopfen-Positionssollwert geregelt wird, und der Stopfen-Positionssollwert in Abhängigkeit von der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes korrigiert wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzsollwert in Abhängigkeit des Stranggeschwindigkeitssollwertes ermittelt und zu dem Sollwert addiert wird, und der Zusatzsollwert mittels einer schaltbaren Gegenkopplung wieder langsam abgebaut wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert oder der Stopfen-Positionssollwert in Abhängigkeit der Ableitung der Stranggeschwindigkeit oder der Ableitung des Stranggeschwindigkeitssollwertes korrigiert wird.
  4. Einrichtung zu Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3 zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Metall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang mit einer bestimmten Stranggeschwindigkeit aus der Kokille (3) herausgezogen wird, wobei die Einrichtung zum Gießen des Stranges (1) einen Regler zur Regelung des Gießspiegels, d.h. des Standes des flüssigen Metalls in der Kokille (3) in Abhängigkeit eines Sollwertes sowie einen Zusatzsollwertgeber (19) zur Korrektur des Sollwertes in Abhängigkeit der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzsollwertgeber (19) eine schaltbare Gegenkopplung aufweist, mit der der Zusatzsollwert wieder langsam abbaubar ist.
  5. Einrichtung zu Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3 zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Metall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang mit einer bestimmten Stranggeschwindigkeit aus der Kokille (3) herausgezogen wird, wobei die Einrichtung zum Gießen des Stranges (1) einen Stopfen zur Einstellung des Zuflusses flüssigen Metalls in die Kokille (3) sowie einen Stopfenregler (21) zur Regelung der Stopfen auf einen Stopfen-Positionssollwert sowie einen Zusatzsollwertgeber (19) zur Korrektur des Stopfen-Positionssollwertes in Abhängigkeit der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzsollwertgeber (19) eine schaltbare Gegenkopplung aufweist, mit der der Zusatzsollwert wieder langsam abbaubar ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzsollwertgeber (19) einen Differenzierer zur Bildung der Ableitung der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes aufweist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzsollwertgeber (19) einen Integrator (26) zur Integration der Ableitung der Stranggeschwindigkeit oder des Stranggeschwindigkeitssollwertes aufweist.
EP99948672A 1998-08-05 1999-07-23 Verfahren und einrichtung zum giessen eines stranges aus flüssigem metall Expired - Lifetime EP1113891B1 (de)

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