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WO2009141205A1 - Method for the continuous casting of a metal strand - Google Patents

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WO2009141205A1
WO2009141205A1 PCT/EP2009/054776 EP2009054776W WO2009141205A1 WO 2009141205 A1 WO2009141205 A1 WO 2009141205A1 EP 2009054776 W EP2009054776 W EP 2009054776W WO 2009141205 A1 WO2009141205 A1 WO 2009141205A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strand
continuous casting
metal
calculated
equation
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2009/054776
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Dittenberger
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.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co, Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
Priority to SI200931321T priority Critical patent/SI2279053T1/en
Priority to ES09749695.4T priority patent/ES2548978T3/en
Priority to CN200980118394.8A priority patent/CN102083573B/en
Priority to EP09749695.4A priority patent/EP2279053B1/en
Publication of WO2009141205A1 publication Critical patent/WO2009141205A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould

Definitions

  • the present invention relates to a method for continuously casting a metal strand.
  • the invention relates to a method for continuously casting a metal strand, in particular a steel strand, in a continuous casting, wherein a strand with a trapped by a strand shell, liquid core drawn from a cooled continuous casting mold, supported in a continuous casting mold downstream strand support means and cooled with coolant , where thermodynamic state changes of the entire strand in a mathematical simulation model, taking into account the physical parameters of the metal, the thickness of the strand and the constantly measured extraction speed are also calculated.
  • a method for the continuous casting of a metal strand in which a strand with drawn from a strand shell liquid core extracted from a cooled mold, then supported in a strand support device and cooled with coolant.
  • the state changes occurring in the course of the continuous casting process are also calculated in real time for the entire strand by means of a mathematical simulation model, including the two-dimensional heat equation, and the cooling of the strand is set as a function of the calculated thermodynamic state changes.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which the accuracy of the simulation of the thermodynamic state changes of the entire strand can be further increased and in connection with the cooling of the product quality of the metal strand and the production efficiency of the continuous casting process can be improved.
  • Heat equation is solved numerically in real time and the cooling of the strand is adjusted taking into account the calculated state changes.
  • thermodynamic state changes as a function of the two-dimensional heat conduction in real time and to influence the temperature profile of the strand by means of strand cooling.
  • thermodynamic state changes by means of a non-linear, transient heat equation as a function of the three-dimensional heat conduction, namely in strand thickness direction, in the strand width direction and in the strand longitudinal direction, ie. in the extension direction of the strand to calculate in real time and to influence by means of strand cooling targeted.
  • the thermodynamic changes in state can be calculated with greater accuracy and be specifically influenced by means of a coordinated strand cooling.
  • the strand is divided into individual volume elements, i. so-called discretized, wherein each discrete volume element has an extension in the longitudinal direction of the strand, in the strand thickness direction and in the strand width direction.
  • each discrete volume element has an extension in the longitudinal direction of the strand, in the strand thickness direction and in the strand width direction.
  • volume elements of the strand are assigned and thereby, first, the thermodynamic state changes in these volume elements, taking into account the heat conduction in all spatial dimensions and the determined by the strand cooling heat quantity can be determined with high accuracy, and secondly, by means of these nozzles, the thermodynamic properties of the strand can be influenced very targeted and with high efficiency.
  • the three-dimensional heat equation is solved numerically taking into account the temperature-dependent change in the density of the metal strand. It is known to the person skilled in the art that the change in density of metal as a function of the temperature can assume significant proportions. So m 3 at 1550 0 C (temperature of the melt in the distribution trough) increases for example in the continuous casting process, the density of steel of about 7000 kg / 7800 kg to about / m 3 at 300 0 C ( micerstarrter strand). The density changes are in the continuous casting process in conjunction with the heat equation also in the determination of
  • Solidification point relevant As Autoerstarrungstician that point in strand extraction direction is referred to, from which the metal strand is completely solidified, ie. the metal strand no longer has a liquid core.
  • the most accurate calculation of the solidification point is extremely advantageous in any case. If the location of the solidification point underestimated, ie. if the calculated point is less far removed from the mold than the actual point in the direction of extension, this can lead to very dangerous casting situations (for example also strand penetration). On the other hand, the allowable casting speed is unnecessarily limited in overestimating the through-solidification point, which in turn would degrade the productivity of the equipment.
  • a further, particularly advantageous embodiment of the method according to the invention can be achieved if in the numerical solution of the heat equation, taking into account temperature-dependent
  • Density changes of the metal strand approximated equations are used for the enthalpy, which have the exact mass and the exact enthalpy for the entire strand. It should be noted at this point that the exact three-dimensional, nonlinear and unsteady heat equation with regard to the temperature-dependent density change is still unsolved. The thermal equation used today without taking into account the temperature-dependent density change are only rough approximations of the exact equation and their solutions may differ significantly from the exact solution. By using approximate equations for the enthalpy with global - ie. however, if the entire strand is considered - the exact mass and the exact enthalpy - it is ensured that these essential thermodynamic state variables correspond to the exact values.
  • the method according to the invention can be carried out particularly favorably if either a finite volume method or a finite element method is used to solve the heat equation in the mathematical simulation model.
  • the heat equation is a parabolic partial differential equation that can be solved by standard methods of numerical mathematics, in particular the finite volume method or finite element method (see Chapter 19: Numerical Mathematics by IN Bronstein, KA Semendjajew, G. Musiol , H. Mühlig: Paperback of Mathematics, Verlag Harri Deutsch, 6th edition, 2005).
  • the method according to the invention is carried out when the thermodynamic state changes due to the spatial symmetry are calculated only for a quarter of the strand cross-section.
  • This simplification can be made due to the spatial symmetry of the strand cross-section and the time-varying boundary conditions without loss of accuracy and allows the three-dimensional heat equation can be solved with high accuracy even by relatively low-performance process computers.
  • the method according to the invention can be used without restrictions when casting metal strands with billet, billet, slab or thin slab cross section Any dimensions can be used to improve the quality of the cast metal strands.
  • FIG. 1 shows a continuous casting plant in a schematic side view
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the discretized metal strand
  • FIG. 3 shows a comparison of solutions of different formulations of heat conduction equations
  • a cooled mold 1 is fed with liquid steel 2, which is supplied from an intermediate vessel 3.
  • the forming in the mold 1, a liquid core 4 and initially only a thin strand shell 5 having, strand 6 is an arcuate strand support means 7, which is provided with support rollers 8 and supports the strand at the top and at the bottom, redirected to the horizontal where, after solidification, it is either cut up or transported further as a continuous strand.
  • coolant-supplying nozzles 10 are provided along the strand support means, of which in the drawing only those are drawn on the strand top at the beginning of the strand support means 7. In this case, one or more nozzles 10 are connected to a respective supply line 11.
  • the amount of coolant applied by the nozzles to the strand can be changed by means of a continuously adjustable valve 12, which has a
  • Flow meter 13 is arranged downstream.
  • Each valve 12 is adjustable via an actuator 14 that can be actuated via a control element 16 controlled by a central process computer 15.
  • Each flow measuring device is coupled via an input unit 17 to the process computer 15, which in turn drives all control elements 16 via an output unit 18.
  • the input unit 17 of the process computer 15 for example, the physical parameters of the metal to be cast, in the present case of the steel 2, namely the temperature-dependent values of the density, the specific Heat capacity and thermal conductivity, further the flow-dependent spray pattern of the location-dependent arranged nozzles 10, the location-dependent role division 9, the optionally location-dependent strand thickness, the strand width and the continuously measured casting speed of the continuous casting plant are entered.
  • the strand 6 is cooled in a controlled manner at specific, either fixed or variable, positions of the strand support device 7.
  • the control of the strand cooling takes place taking into account the thermodynamic state changes of the entire strand 6 by the release in real time of a three-dimensional heat equation using the process computer 15th
  • a three-dimensional, nonlinear and transient heat equation in an enthalpy formulation is pE mass ⁇ x, t) (f) dE mass (x, t)) d 2 u (x, t), d 2 u (x, t), d 2 u (x, t)
  • a second formulation of a nonlinear, three-dimensional and transient heat equation is d 2 un ⁇ x2, t) where ⁇ (x, t) temperature at the point x at time t in [° K]
  • thermodynamical approaches Two approaches are used for a globally correct transformed enthalpy E trans (x, t) with respect to mass and enthalpy.
  • T ref is an arbitrary but constant reference temperature (usually 25
  • the heat conduction equation is transformed to Lagrangian coordinates x lag , ie viewed by an observer moving along with the strand extraction movement.
  • the transformation is
  • CastLg (t) [v cast ( ⁇ ) - d ⁇
  • tstart is the time of formation of the discrete volume element in the mold in [S]
  • This heat equation is solved by the process computer 15 in real time by means of the finite volume method.
  • This standard method of numerical mathematics is known to the person skilled in the art and works with discrete volume elements of the strand 6.
  • the simple three-dimensional heat equation described in the v- cast moving element-fixed coordinate system is to be solved. This is performed periodically for a plurality of volume elements 20, resulting in the time-varying temperature field of the entire strand 6. From Fig. 2 it can be seen that the strand 6 is divided into discrete volume elements 19, for example, 10 cm edge length.
  • the volume elements 19 are produced in the mold and tracked in accordance with the casting speed through the continuous casting plant. As shown in FIG.
  • the strand thickness axis x and the strand width axis y are symmetrical to the edges of the solidifying strand 6. Because of this spatial symmetry in strand width and strand thickness direction, it is advantageous to change the thermodynamic state changes only in one quadrant 20, ie one quarter, of the strand cross section.
  • the initial condition for a newly created volume element is
  • the boundary condition is general

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for the continuous casting of a metal strand in a continuous casting plant, according to which a strand comprising a liquid core enclosed by a strand shell is withdrawn from a cooled in-line die, supported in a strand support unit downstream of said die and cooled using a coolant, the thermodynamic changes in the entire strand being calculated in a mathematical simulation model. The aim of the invention is to create a method which can be used to increase the accuracy of the simulation of the thermodynamic changes in the entire strand and to improve both the product quality of the metal strand in conjunction with the strand cooling process and the production output of the continuous casting process. This is achieved by a method, according to which a three-dimensional thermal conduction equation is solved numerically in real time in the mathematical simulation model and the cooling of the strand is set by taking into consideration the calculated changes.

Description

Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs Method for continuous casting of a metal strand

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs.The present invention relates to a method for continuously casting a metal strand.

Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs, insbesondere eines Stahlstrangs, in einer Stranggießanlage, wobei ein Strang mit einem, von einer Strangschale eingeschlossenen, flüssigen Kern aus einer gekühlten Durchlaufkokille ausgezogen, in einer der Durchlaufkokille nachgeordneten Strangstützeinrichtung gestützt und mit Kühlmittel gekühlt wird, wobei thermodynamische Zustandsänderungen des gesamten Strangs in einem mathematischen Simulationsmodell, unter Berücksichtigung der physikalischen Parameter des Metalls, der Dicke des Strangs und der ständig gemessenen Auszugsgeschwindigkeit mitberechnet werden.Specifically, the invention relates to a method for continuously casting a metal strand, in particular a steel strand, in a continuous casting, wherein a strand with a trapped by a strand shell, liquid core drawn from a cooled continuous casting mold, supported in a continuous casting mold downstream strand support means and cooled with coolant , where thermodynamic state changes of the entire strand in a mathematical simulation model, taking into account the physical parameters of the metal, the thickness of the strand and the constantly measured extraction speed are also calculated.

Aus der DE 4417808 A1 ist ein Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs bekannt, bei dem ein Strang mit von einer Strangschale eingeschlossenem flüssigen Kern aus einer gekühlten Kokille ausgezogen, anschließend in einer Strangstützeinrichtung gestützt und mit Kühlmittel gekühlt wird. Die im Zuge des Stranggussprozesses passierenden Zustandsänderungen werden mittels eines mathematischen Simulationsmodells, beinhaltend die zweidimensionale Wärmeleitungsgleichung, für den gesamten Strang in Echtzeit mitberechnet und die Kühlung des Strangs in Abhängigkeit der berechneten thermodynamischen Zustandsänderungen eingestellt.From DE 4417808 A1 a method for the continuous casting of a metal strand is known, in which a strand with drawn from a strand shell liquid core extracted from a cooled mold, then supported in a strand support device and cooled with coolant. The state changes occurring in the course of the continuous casting process are also calculated in real time for the entire strand by means of a mathematical simulation model, including the two-dimensional heat equation, and the cooling of the strand is set as a function of the calculated thermodynamic state changes.

Aufgrund der Zweidimensionalität der verwendeten Wärmeleitungsgleichung war es bislang nicht möglich, die Wärmeleitung und die damit verbundenen Zustandsänderungen in allen Richtungen (der Strangdicke, der Strangbreite und der Strangauszugsrichtung) des Metallstrangs zu berechnen und den Temperaturverlauf in Abhängigkeit der berechneten Zustandsänderungen mittels der Strangkühlung gezielt einzustellen. Außerdem kam es aufgrund von - im Simulationsmodell nicht berücksichtigten - thermodynamischen Effekten zu Abweichungen zwischen dem berechneten und tatsächlichen Durcherstarrungspunkt.Due to the two-dimensionality of the heat equation used, it has not been possible to calculate the heat conduction and the associated state changes in all directions (the strand thickness, the strand width and the strand extraction direction) of the metal strand and adjust the temperature profile depending on the calculated state changes by means of strand cooling targeted. In addition, there were differences between the calculated and the actual thermodynamic effects, which were not taken into account in the simulation model By freezing point.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die Genauigkeit der Simulation der thermodynamischen Zustandsänderungen des gesamten Strangs weiter erhöht werden kann und in Verbindung mit der Kühlung die Produktqualität des Metallstrangs und die Produktionsleistung des Stranggießprozesses verbessert werden kann.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which the accuracy of the simulation of the thermodynamic state changes of the entire strand can be further increased and in connection with the cooling of the product quality of the metal strand and the production efficiency of the continuous casting process can be improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem im mathematischen Simulationsmodell eine dreidimensionaleThis object is achieved by a method of the type mentioned, in which in the mathematical simulation model, a three-dimensional

Wärmeleitungsgleichung in Echtzeit numerisch gelöst wird und die Kühlung des Strangs unter Berücksichtigung der errechneten Zustandsänderungen eingestellt wird.Heat equation is solved numerically in real time and the cooling of the strand is adjusted taking into account the calculated state changes.

Mittels des Verfahrens aus der DE 4417808 A1 ist es möglich, thermodynamische Zustandsänderungen in Abhängigkeit der zweidimensionalen Wärmeleitung, in Echtzeit zu berechnen und mittels der Strangkühlung den Temperaturverlauf des Strangs zu beeinflussen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, thermodynamische Zustandsänderungen mittels einer nichtlinearen, instationären Wärmeleitungsgleichung in Abhängigkeit der dreidimensionalen Wärmeleitung, nämlich in Strangdickenrichtung, in Strangbreitenrichtung und in Stranglängsrichtung, dh. in der Auszugsrichtung des Strangs, in Echtzeit zu berechnen und mittels der Strangkühlung gezielt zu beeinflussen. Hierdurch können die thermodynamischen Zustandsänderungen mit höherer Genauigkeit berechnet werden und mittels einer darauf abgestimmten Strangkühlung ganz gezielt beeinflusst werden. Im mathematischen Simulationsmodell wird der Strang in einzelne Volumenelemente zerteilt, d.h. sog. diskretisiert, wobei jedes diskrete Volumenelement eine Erstreckung in Stranglängsrichtung, in Strangdickenrichtung und in Strangbreitenrichtung aufweist. Mittels dieser Diskretisierung können einzelne Düsen der Strangkühlung einem oder mehreren diskretenBy means of the method from DE 4417808 A1, it is possible to calculate thermodynamic state changes as a function of the two-dimensional heat conduction in real time and to influence the temperature profile of the strand by means of strand cooling. According to the method of the invention, it is possible thermodynamic state changes by means of a non-linear, transient heat equation as a function of the three-dimensional heat conduction, namely in strand thickness direction, in the strand width direction and in the strand longitudinal direction, ie. in the extension direction of the strand to calculate in real time and to influence by means of strand cooling targeted. As a result, the thermodynamic changes in state can be calculated with greater accuracy and be specifically influenced by means of a coordinated strand cooling. In the mathematical simulation model, the strand is divided into individual volume elements, i. so-called discretized, wherein each discrete volume element has an extension in the longitudinal direction of the strand, in the strand thickness direction and in the strand width direction. By means of this discretization, individual nozzles of the strand cooling can discrete one or more

Volumenelementen des Strangs zugeordnet werden und dadurch erstens die thermodynamischen Zustandsänderungen in diesen Volumenelementen unter Berücksichtigung der Wärmeleitung in allen räumlichen Dimensionen und der durch die Strangkühlung abgeführten Wärmemenge mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, und zweitens, mittels dieser Düsen die thermodynamischen Eigenschaften des Strangs ganz gezielt und mit hoher Effizienz beeinflusst werden.Volume elements of the strand are assigned and thereby, first, the thermodynamic state changes in these volume elements, taking into account the heat conduction in all spatial dimensions and the determined by the strand cooling heat quantity can be determined with high accuracy, and secondly, by means of these nozzles, the thermodynamic properties of the strand can be influenced very targeted and with high efficiency.

In einer besonders vorteilhaften Ausprägung, wird im mathematischen Simulationsmodell des erfindungsgemäßen Verfahrens die dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichteänderung des Metall Strangs numerisch gelöst. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Dichteänderung von Metall in Abhängigkeit der Temperatur signifikante Ausmaße annehmen kann. So erhöht sich beispielsweise beim Stranggussprozess die Dichte von Stahl von ca. 7000 kg/m3 bei 1550 0C (Temperatur der Schmelze im Gießverteiler) auf ca. 7800 kg/m3 bei 300 0C (durcherstarrter Strang). Die Dichteänderungen sind beim Stranggussprozess in Verbindung mit der Wärmeleitungsgleichung auch bei der Bestimmung desIn a particularly advantageous embodiment, in the mathematical simulation model of the method according to the invention, the three-dimensional heat equation is solved numerically taking into account the temperature-dependent change in the density of the metal strand. It is known to the person skilled in the art that the change in density of metal as a function of the temperature can assume significant proportions. So m 3 at 1550 0 C (temperature of the melt in the distribution trough) increases for example in the continuous casting process, the density of steel of about 7000 kg / 7800 kg to about / m 3 at 300 0 C (durcherstarrter strand). The density changes are in the continuous casting process in conjunction with the heat equation also in the determination of

Durcherstarrungspunkts relevant. Als Durcherstarrungspunkt wird jener Punkt in Strangauszugsrichtung bezeichnet, ab dem der Metallstrang vollkommen durcherstarrt ist, dh. der Metallstrang über keinen flüssigen Kern mehr verfügt. Eine möglichst genaue Berechnung des Durcherstarrungspunkts ist in jedem Fall äußerst vorteilhaft. Wird die Lage des Durcherstarrungspunkts unterschätzt , dh. ist in Auszugsrichtung der berechnete Punkt weniger weit von der Kokille entfernt als der tatsächliche Punkt, so kann dies zu sehr gefährlichen Gießsituationen (z.B. auch einen Strangdurchbruch) führen. Auf der anderen Seite wird die zulässige Gießgeschwindigkeit bei einer Überschätzung des Durcherstarrungspunkts in unnötiger Weise beschränkt, was wiederum die Produktivität der Anlage verschlechtern würde.Solidification point relevant. As Durcherstarrungspunkt that point in strand extraction direction is referred to, from which the metal strand is completely solidified, ie. the metal strand no longer has a liquid core. The most accurate calculation of the solidification point is extremely advantageous in any case. If the location of the solidification point underestimated, ie. if the calculated point is less far removed from the mold than the actual point in the direction of extension, this can lead to very dangerous casting situations (for example also strand penetration). On the other hand, the allowable casting speed is unnecessarily limited in overestimating the through-solidification point, which in turn would degrade the productivity of the equipment.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich dann erzielen, wenn bei der numerischen Lösung der Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung temperaturabhängigerA further, particularly advantageous embodiment of the method according to the invention can be achieved if in the numerical solution of the heat equation, taking into account temperature-dependent

Dichteänderungen des Metallstrangs approximierte Gleichungen für die Enthalpie verwendet werden, welche für den gesamten Strang die exakte Masse und die exakte Enthalpie aufweisen. Es soll an dieser Stelle bemerkt werden, dass die exakte dreidimensionale, nichtlineare und instationäre Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichteänderung bis heute noch ungelöst ist. Die heute verwendeten Wärmeleitungsgleichungen ohne Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichteänderung sind nur grobe Näherungen der exakten Gleichung und deren Lösungen können deutlich von der exakten Lösung abweichen. Durch die Verwendung von approximierten Gleichungen für die Enthalpie mit global - dh. wenn der gesamte Strang betrachtet wird - der exakten Masse und der exakten Enthalpie ist jedoch sichergestellt, dass diese wesentlichen thermodynamischen Zustandsgrößen den exakten Werten entsprechen.Density changes of the metal strand approximated equations are used for the enthalpy, which have the exact mass and the exact enthalpy for the entire strand. It should be noted at this point that the exact three-dimensional, nonlinear and unsteady heat equation with regard to the temperature-dependent density change is still unsolved. The thermal equation used today without taking into account the temperature-dependent density change are only rough approximations of the exact equation and their solutions may differ significantly from the exact solution. By using approximate equations for the enthalpy with global - ie. however, if the entire strand is considered - the exact mass and the exact enthalpy - it is ensured that these essential thermodynamic state variables correspond to the exact values.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders günstig ausführen, wenn zur Lösung der Wärmeleitungsgleichung im mathematischen Simulationsmodell entweder ein Finite-Volumen-Verfahren oder ein Finite-Elemente-Verfahren angewendet wird. Die Wärmeleitungsgleichung ist eine parabolische, partielle Differentialgleichung, die mit Standardmethoden der numerischen Mathematik, insbesondere dem Finite-Volumen-Verfahren oder Finite-Elemente-Verfahren, gelöst werden kann (siehe Kapitel 19: Numerische Mathematik von I. N. Bronstein, K. A. Semendjajew, G. Musiol, H. Mühlig: Taschenbuch der Mathematik, Verlag Harri Deutsch, 6. Auflage, 2005).The method according to the invention can be carried out particularly favorably if either a finite volume method or a finite element method is used to solve the heat equation in the mathematical simulation model. The heat equation is a parabolic partial differential equation that can be solved by standard methods of numerical mathematics, in particular the finite volume method or finite element method (see Chapter 19: Numerical Mathematics by IN Bronstein, KA Semendjajew, G. Musiol , H. Mühlig: Paperback of Mathematics, Verlag Harri Deutsch, 6th edition, 2005).

In besonders günstiger Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren dann ausgeführt, wenn die thermodynamischen Zustandsänderungen aufgrund der räumlichen Symmetrie nur für ein Viertel des Strangquerschnitts berechnet werden. Diese Vereinfachung kann aufgrund der räumlichen Symmetrie des Strangquerschnitts und der zeitlich veränderlichen Randbedingungen ohne Genauigkeitsverlust gemacht werden und ermöglicht es, dass die dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung mit hoher Genauigkeit auch von relativ leistungsschwachen Prozessrechnern gelöst werden kann.In a particularly favorable manner, the method according to the invention is carried out when the thermodynamic state changes due to the spatial symmetry are calculated only for a quarter of the strand cross-section. This simplification can be made due to the spatial symmetry of the strand cross-section and the time-varying boundary conditions without loss of accuracy and allows the three-dimensional heat equation can be solved with high accuracy even by relatively low-performance process computers.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann uneingeschränkt beim Gießen von Metallsträngen mit Knüppel-, Vorblock-, Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt beliebiger Abmessungen verwendet werden, um die Qualität der gegossenen Metallstränge zu verbessern.The method according to the invention can be used without restrictions when casting metal strands with billet, billet, slab or thin slab cross section Any dimensions can be used to improve the quality of the cast metal strands.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of non-limiting embodiments, reference being made to the following figures, which show the following:

Fig. 1 eine Stranggussanlage in schematischer Seitenansicht Fig. 2 eine schematische Darstellung des diskretisierten Metallstrangs Fig. 3 ein Vergleich von Lösungen unterschiedlicher Formulierungen von Wärmeleitungsgleichungen1 shows a continuous casting plant in a schematic side view FIG. 2 shows a schematic representation of the discretized metal strand FIG. 3 shows a comparison of solutions of different formulations of heat conduction equations

Eine gekühlte Kokille 1 wird mit flüssigem Stahl 2, der aus einem Zwischengefäß 3 zugeführt wird, gespeist. Der sich in der Kokille 1 bildende, einen flüssigen Kern 4 und zunächst nur eine dünne Strangschale 5 aufweisende, Strang 6 wird über eine bogenförmig ausgebildete Strangstützeinrichtung 7, die mit Stützrollen 8 versehen ist und den Strang an der Ober- und an der Unterseite stützt, in die Horizontale umgeleitet, wo er nach der Durcherstarrung entweder zerteilt oder als ein kontinuierlicher Strang weitertransportiert wird. Zur Kühlung des Strangs 6 sind entlang der Strangstützeinrichtung 7 Kühlmittel zuführende Düsen 10 vorgesehen, von denen in der Zeichnung nur solche an der Strangoberseite am Beginn der Strangstützeinrichtung 7 eingezeichnet sind. Dabei sind ein oder mehrere Düsen 10 an jeweils eine Zuleitung 11 angeschlossen. Die durch die Düsen auf den Strang aufgebrachte Kühlmittelmenge kann mittels eines kontinuierlich einstellbaren Ventils 12 verändert werden, welchem eineA cooled mold 1 is fed with liquid steel 2, which is supplied from an intermediate vessel 3. The forming in the mold 1, a liquid core 4 and initially only a thin strand shell 5 having, strand 6 is an arcuate strand support means 7, which is provided with support rollers 8 and supports the strand at the top and at the bottom, redirected to the horizontal where, after solidification, it is either cut up or transported further as a continuous strand. For the cooling of the strand 6 7 coolant-supplying nozzles 10 are provided along the strand support means, of which in the drawing only those are drawn on the strand top at the beginning of the strand support means 7. In this case, one or more nozzles 10 are connected to a respective supply line 11. The amount of coolant applied by the nozzles to the strand can be changed by means of a continuously adjustable valve 12, which has a

Durchflussmesseinrichtung 13 nachgeordnet ist. Jedes Ventil 12 ist über ein Stellglied 14 verstellbar, dass über ein, von einem zentralen Prozessrechner 15 angesteuertes, Regelglied 16 betätigbar ist. Jede Durchflussmesseinrichtung ist über eine Eingebeeinheit 17 an den Prozessrechner 15 angekoppelt, welcher wiederum alle Regelglieder 16 über eine Ausgabeeinheit 18 ansteuert. In die Eingabeeinheit 17 des Prozessrechners 15 können beispielsweise noch die physikalischen Parameter des zu vergießenden Metalls, im vorliegenden Fall des Stahls 2, nämlich die temperaturabhängigen Werte der Dichte, der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit, weiters das durchflussabhängige Sprühbild der ortsabhängig angeordneten Düsen 10, die ortsabhängige Rollenteilung 9, die gegebenenfalls ortsabhängige Strangdicke, die Strangbreite und die ständig gemessene Gießgeschwindigkeit der Stranggussanlage eingegeben werden.Flow meter 13 is arranged downstream. Each valve 12 is adjustable via an actuator 14 that can be actuated via a control element 16 controlled by a central process computer 15. Each flow measuring device is coupled via an input unit 17 to the process computer 15, which in turn drives all control elements 16 via an output unit 18. In the input unit 17 of the process computer 15, for example, the physical parameters of the metal to be cast, in the present case of the steel 2, namely the temperature-dependent values of the density, the specific Heat capacity and thermal conductivity, further the flow-dependent spray pattern of the location-dependent arranged nozzles 10, the location-dependent role division 9, the optionally location-dependent strand thickness, the strand width and the continuously measured casting speed of the continuous casting plant are entered.

Erfindungsgemäß wird der Strangs 6 an bestimmten, entweder fixen oder veränderlichen, Positionen der Strangstützeinrichtung 7 geregelt abgekühlt. Die Regelung der Strangkühlung erfolgt unter Berücksichtigung der thermodynamischen Zustandsänderungen des gesamten Strangs 6 durch das Lösen in Echtzeit einer dreidimensionalen Wärmeleitungsgleichung mit Hilfe des Prozessrechners 15.According to the invention, the strand 6 is cooled in a controlled manner at specific, either fixed or variable, positions of the strand support device 7. The control of the strand cooling takes place taking into account the thermodynamic state changes of the entire strand 6 by the release in real time of a three-dimensional heat equation using the process computer 15th

Eine dreidimensionale, nichtlineare und instationäre Wärmeleitungsgleichung in einer Enthalpie Formulierung lautet beispielsweise pEmass{x,t) (f) dEmass(x,t)) d2u(x,t) , d2u(x,t) , d2u(x,t)For example, a three-dimensional, nonlinear and transient heat equation in an enthalpy formulation is pE mass {x, t) (f) dE mass (x, t)) d 2 u (x, t), d 2 u (x, t), d 2 u (x, t)

P{ dt caΛ ) dz ) dx2 dy2 dz2 wobei t Zeit in [s] x die Koordinate in Strangdickenrichtung in [m] y die Koordinate in Strangbreitenrichtung in [m] z die Koordinate in Auszugsrichtung bzw. der Stranglängsachse in [m] d — partielle Ableitung nach der Zeit t dt P {dt caΛ) dz) dx 2 dy 2 dz 2 where t is the time in [s] x is the coordinate in strand thickness direction in [m] y is the coordinate in the strand width direction [m] z the coordinate in the extension direction and the strand longitudinal axis in [m ] d - partial derivative after time t dt

— , — , — partielle Ableitungen nach dem Ort x, y, z dx dy dz x Ortsvektor in einem rechtwinkeligen Koordinatensystem in [m] p Dichte in [kg/m3]-, -, - partial derivatives according to the location x, y, z dx dy dz x position vector in a rectangular coordinate system in [m] p density in [kg / m 3 ]

Emassix't) Massenbezogene Enthalpie an der Stelle x zur Zeit t in [J/kg]E mass ix't) mass-enthalpy at point x at time t in [J / kg]

ξ Dimensionslose Laufvariable

Figure imgf000009_0001
ξ Dimensionless run variable
Figure imgf000009_0001

v caΛt) Auszugsgeschwindigkeit des Strangs zur Zeit t in [m/s] v ca Λ t ) Extraction speed of the strand at time t in [m / s]

Bei dieser Wärmeleitungsgleichung bleiben temperaturabhängige Dichteänderungen des Strangs 6 unberücksichtigt. Da die Dichte von Stahl 2 von 7000 kg/m3 bei 1550 0C auf 7800 kg/m3 bei 300 0C ansteigt, führt dieseIn this heat equation, temperature-dependent changes in density of the strand 6 are disregarded. Since the density of steel 2 increases from 7000 kg / m 3 at 1550 0 C to 7800 kg / m 3 at 300 0 C, this leads

Vereinfachung zu Ungenauigkeiten in der Berechnung der thermodynamischen Zustandsänderungen. Es hat sich herausgestellt, dass bei dieser Wärmeleitungsgleichung der Durcherstarrungspunkt unterschätzt wird, dh. dass der tatsächliche Durcherstarrungspunkt weiter von der Kokille 1 entfernt ist als der berechnete Durcherstarrungspunkt. Um nachteilige und gegebenenfalls sogar gefährliche Gießsituationen zu vermeiden, ist es notwendig, einen Dichtewert p im Bereich der maximalen Dichte des Stahls 2 zu verwenden, was in weiterer Folge die max. zulässige Gießgeschwindigkeit signifikant reduziert.Simplification of inaccuracies in the calculation of thermodynamic state changes. It has been found that in this heat equation, the Durcherstarrungspunkt is underestimated, ie. that the actual through-solidification point is farther from the mold 1 than the calculated through-solidification point. In order to avoid disadvantageous and possibly even dangerous casting situations, it is necessary to use a density value p in the region of the maximum density of the steel 2, which subsequently results in the max. permissible casting speed significantly reduced.

Eine zweite Formulierung einer nichtlinearen, dreidimensionalen und instationären Wärmeleitungsgleichung lautet d2un{x2,t)

Figure imgf000009_0002
wobei τ(x,t) Temperatur an der Stelle x zur Zeit t in [° K]A second formulation of a nonlinear, three-dimensional and transient heat equation is d 2 un {x2, t)
Figure imgf000009_0002
where τ (x, t) temperature at the point x at time t in [° K]

p(τ(x,t)) Dichte des Metallstrangs bei der Temperatur T in [kg/m3]p (τ (x, t)) Density of the metal strand at the temperature T in [kg / m 3 ]

Diese Formulierung der Wärmeleitungsgleichung ist global, d.h. wenn der gesamte Strang betrachtet wird, massenrichtig, jedoch unrichtig bzgl. der Enthalpie. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Wärmeleitungsgleichung der Durcherstarrungspunkt überschätzt wird, dh. dass der tatsächlicheThis formulation of the heat equation is global, i. if the entire strand is considered, correct in mass, but incorrect in terms of the enthalpy. It has been shown that in this heat equation, the through-solidification point is overestimated, ie. that the actual

Durcherstarrungspunkt weniger weit von der Kokille entfernt ist als der berechnete Durcherstarrungspunkt. Somit ist die Verwendung dieser Gleichung zwar bzgl. etwaiger nachteiliger Gießsituationen unproblematisch, jedoch wird die max. zulässige Gießgeschwindigkeit unnötigerweise beschränkt, was sich in einer reduzierten Produktivität der Anlage auswirkt.The solidification point is less far from the mold than the calculated through-solidification point. Thus, the use of this equation is indeed problematic with respect to any adverse casting situations, however, the max. allowable casting speed unnecessarily limited, resulting in reduced productivity of the plant.

Vorteilhafterweise verwendet man die Wärmeleitungsgleichung

Figure imgf000010_0001
wobeiAdvantageously, the heat equation is used
Figure imgf000010_0001
in which

EtransiX't) Transformierte massenbezogene Enthalpie an der Stelle x zur Zeit tE trans iX't) Transformed mass-enthalpy at point x at time t

Dabei werden zwei Ansätze für eine, bzgl. der Masse und der Enthalpie global richtige, transformierte Enthalpie Etrans(x,t) benützt. Die thermodynamischenTwo approaches are used for a globally correct transformed enthalpy E trans (x, t) with respect to mass and enthalpy. The thermodynamic

Verhältnisse im Strang 6 ändern sich am Durcherstarrungspunkt 19 signifikant, da der Strang 6 - in Gießrichtung betrachtet - oberhalb des Durcherstarrungspunkts einen flüssigen Kern 4 aufweist, welcher mit dem flüssigen Stahl 2 der Kokille 1 in Verbindung steht. Der ferrostatische Druck in diesem Bereich presst die bereits erstarrte Strangschale 5 gegen die Rollen 8 der Strangstützeinrichtung 7, wodurch in diesem Bereich die Strangschrumpfung aufgrund der temperaturabhängigen Dichteänderung des Stahls 2 durch nachströmenden, flüssigen Stahl 2 kompensiert wird. Unterhalb des Durcherstarrungspunkts 19 findet eine derartige Kompensation nicht mehr statt.Conditions in the strand 6 change significantly at the through-solidification point 19, since the strand 6, viewed in the casting direction, above the through-solidification point has a liquid core 4, which communicates with the liquid steel 2 of the mold 1. The ferrostatic pressure in this area presses the already solidified strand shell 5 against the rollers 8 of the strand support device 7, whereby the strand shrinkage due to the temperature-dependent change in density of the steel 2 is compensated by inflowing, liquid steel 2 in this area. Below the Durcherstarrungspunkts 19 such compensation does not take place.

Oberhalb des Durcherstarrungspunkts 19 lautet der AnsatzAbove the Durcherstarrungspunkts 19 is the approach

Etans(x,0 - EmΛξ)-

Figure imgf000010_0002
dξ .
Figure imgf000010_0003
E tans (x, 0 - E m Λξ) -
Figure imgf000010_0002
dξ.
Figure imgf000010_0003

Hingegen verwendet man unterhalb des Durcherstarrungspunkts 19 folgenden Ansatz

Figure imgf000010_0004
On the other hand, below the solidification point 19, the following approach is used
Figure imgf000010_0004

Hierin bedeutenHerein mean

Tref eine beliebige, aber konstante Referenztemperatur (üblicherweise 25T ref is an arbitrary but constant reference temperature (usually 25

0C) τ tund Temperatur des Metalls im Gießspiegel in [° K] 0 C) τ t and temperature of the metal in the pouring mirror in [° K]

Emass&'t) Zeitliche Ableitung der massenbezogenen EnthalpieE mass &'t) Time derivative of mass enthalpy

Die Wärmeleitungsgleichung wird auf Lagrange'sche Koordinaten xLag transformiert, d.h. von einem mit der Strangauszugsbewegung mitbewegten Beobachter betrachtet. Die Transformation lautetThe heat conduction equation is transformed to Lagrangian coordinates x lag , ie viewed by an observer moving along with the strand extraction movement. The transformation is

CastLg(t) = [ vcast(ζ)- dζCastLg (t) = [v cast (ζ) - dζ

Figure imgf000011_0001
wobei tstart Zeitpunkt der Entstehung des diskreten Volumenelements in der Kokille in [S]
Figure imgf000011_0001
where tstart is the time of formation of the discrete volume element in the mold in [S]

Die Wärmeleitungsgleichung in Lagrange'schen Koordinaten lautet dannThe heat equation in Lagrange coordinates is then

dt dx2 dy2 dz2 dt dx 2 dy 2 dz 2

Diese Wärmeleitungsgleichung wird mittels des Verfahrens der Finiten-Volumen vom Prozessrechner 15 in Echtzeit gelöst. Dieses Standardverfahren der numerischen Mathematik ist dem Fachmann bekannt und arbeitet mit diskreten Volumenelementen des Strangs 6. Für jedes Volumenelement 20 ist daher die einfache, im mit vcast bewegten, elementfesten Koordinatensystem beschriebene dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung zu lösen. Dies wird für eine Vielzahl von Volumenelementen 20 periodisch durchgeführt, wodurch sich das zeitveränderliche Temperaturfeld des gesamten Strangs 6 ergibt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Strang 6 in diskrete Volumenelemente 19 von beispielsweise 10 cm Kantenlänge eingeteilt wird. Die Volumenelemente 19 werden in der Kokille erzeugt und entsprechend der Gießgeschwindigkeit durch die Stranggussanlage verfolgt. Wie in Fig. 2 dargestellt, liegt die Strangdickenachse x und die Strangbreitenachse y symmetrisch zu den Rändern des erstarrenden Strangs 6. Aufgrund dieser räumlichen Symmetrie in Strangbreiten- und Strangdickenrichtung ist es vorteilhaft, die thermodynamischen Zustandsänderungen nur in einem Quadranten 20, d.h. einem Viertel, des Strangquerschnitts zu berechnen.This heat equation is solved by the process computer 15 in real time by means of the finite volume method. This standard method of numerical mathematics is known to the person skilled in the art and works with discrete volume elements of the strand 6. For each volume element 20, therefore, the simple three-dimensional heat equation described in the v- cast moving element-fixed coordinate system is to be solved. This is performed periodically for a plurality of volume elements 20, resulting in the time-varying temperature field of the entire strand 6. From Fig. 2 it can be seen that the strand 6 is divided into discrete volume elements 19, for example, 10 cm edge length. The volume elements 19 are produced in the mold and tracked in accordance with the casting speed through the continuous casting plant. As shown in FIG. 2, the strand thickness axis x and the strand width axis y are symmetrical to the edges of the solidifying strand 6. Because of this spatial symmetry in strand width and strand thickness direction, it is advantageous to change the thermodynamic state changes only in one quadrant 20, ie one quarter, of the strand cross section.

Zur Lösung der Wärmeleitungsgleichung werden allerdings noch die Anfangs- und die - zufolge der Bewegung der Volumenelemente durch die Kokille sowie durch verschiedene Kühlzonen - zeitlich veränderlichen Randbedingungen benötigt.To solve the heat equation, however, the initial and - depending on the movement of the volume elements through the mold and through different cooling zones - temporally variable boundary conditions are needed.

Die Anfangsbedingung für ein neu erzeugtes Volumenelement lautetThe initial condition for a newly created volume element is

-* \X Lag V Start )) ~ * tund- * \ X Lag V Start)) ~ * tund

Die Randbedingung lautet allgemeinThe boundary condition is general

λ(T) — \ Oberflache= Φ) wobei λ (T) - \ Whether erflache = Φ) where

WW

A(T) Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit in [ ] mK dTA (T) Temperature-dependent thermal conductivity in [] mK dT

— oberifiache Temperaturgrad ient normal zur Oberfläche dn q(t) Spezifischer Wärmestrom zur Zeit t- o i f i over surface temperature degrees ient normal to the surface dn q (t) Specific heat flow at time t

Um den Wärmestrom q(t) zu modellieren, wird innerhalb der gekühlten Kokille 1 folgender Ansatz verwendet q(t) = amoldsurf (t)) surf (t) - τmold)In order to model the heat flow q (t), the following approach is used within the cooled mold 1: q (t) = a moldsurf (t)) surf (t) -τ mold )

Außerhalb der Kokille ist q(t) = awater (sw(t)) (Tsurf (t) - TwatJ + aroU (t) (Tsurf (t) - Troll ) + σ ε (Tsu (t)4 - Tamt} 4 ) radiation wobei amold{Tsurf (t)) Wärmeabfuhrfunktion der Kokille awater(sw(t)) Wärmeabfuhrfunktion der Strangkühlung sw(t) Kühlwassermenge der Strangkühlung amu(t) Wärmeabfuhrfunktion der Stützrollen σ Stefan-Boltzmann Konstante ε der EmissionsgradOutside the mold, q (t) = a water (sw (t)) (T surf (t) -T wat J + a roU (t) (T surf (t) -T roll ) + σ ε (T su (t) 4 - T amt} 4 ) radiation where a mold {T surf (t)) Heat dissipation function of the mold a water (sw (t)) heat dissipation function of the strand cooling system sw (t) cooling water quantity of the strand cooling a m u ( t ) heat dissipation function of the support rollers σ Stefan-Boltzmann constant ε the emissivity

Tsurf(t) Oberflächentemperatur des Strangs 6 τamb UmgebungstemperaturT surf (t) Surface temperature of the strand 6 τ amb Ambient temperature

Da die dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung bis heute noch ungelöst ist, soll die hohe Genauigkeit der erfindungsgemäßen Formulierung derSince the three-dimensional heat equation is still unsolved, the high accuracy of the formulation according to the invention of the

Wärmeleitungsgleichung mit einer transformierten Enthalpie Etrans anhand eines eindimensionalen Beispiels überprüft werden. Die exakte Lösung der Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichteänderung (durchgezogene Linie) ist im eindimensionalen Fall bekannt und wird in Fig. 3 mit einer massenrichtigen Formulierung (strichlierte Linie) und einer massen- und enthalpierichtigen Formulierung (gepunktete, durchgezogene Linie) verglichen. In Fig. 3 ist auf der Ordinate der Abstand in Strangauszugsrichtung von der Kokille und auf der Abszisse die Dicke eines Metallstrangs in Strandickenrichtung aufgetragen. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist bei einer massen- und enthalpierichtigen Formulierung der Wärmeleitungsgleichung der tatsächliche Durcherstarrungspunkt geringfügig weiter von der Kokille entfernt als der berechnete Durcherstarrungspunkt, dh. der Durcherstarrungspunkt wird geringfügig überschätzt. Im Vergleich dazu, wird der Durcherstarrungspunkt bei einer massenrichtigen Formulierung der Wärmeleitungsgleichung signifikant unterschätzt, was zu kritischen Situationen beim Stranggussprozess führen kann. BezugszeichenlisteHeat equation with a transformed enthalpy E tra ns be checked using a one-dimensional example. The exact solution of the heat equation, taking into account the temperature-dependent density change (solid line) is known in the one-dimensional case and is compared in Fig. 3 with a mass correct formulation (dashed line) and a mass and enthalpierichtichtung formulation (dotted, solid line). In Fig. 3, the ordinate in the strand separation direction of the mold and on the abscissa, the thickness of a metal strand is applied in the direction of Strandickenrichtung. As can be seen in FIG. 3, in the case of a formulation of the heat conduction equation in mass and enthalpy, the actual through-solidification point is slightly further from the mold than the calculated through-solidification point, ie. the solidification point is slightly overestimated. In comparison, the solidification point is significantly underestimated in a mass correct formulation of the heat equation, which can lead to critical situations in the continuous casting process. LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Kokille1 mold

2 Stahl2 steel

3 Zumischgefäß3 mixing bowl

4 Flüssiger Kern des Strangs4 Liquid core of the strand

5 Strangschale5 strand shell

6 Strang6 strand

7 Strangstützeinrichtung7 strand support device

8 Stützrollen8 support rollers

9 Rollenteilung9 role division

10 Kühldüsen10 cooling nozzles

11 Zuleitung Kühlmittel11 Supply of coolant

12 Ventil12 valve

13 Durchflussmesseinrichtung13 flow measuring device

14 Stellglied14 actuator

15 Prozessrechner15 process computers

16 Regelglied16 control element

17 Eingabeeinheit17 input unit

18 Ausgabeeinheit18 output unit

19 Diskretes Volumenelement19 Discrete volume element

20 Quadrant des Strangs 20 quadrant of the strand

Claims

Patentansprüche / Patent Claims Claims / Patent Claims 1 . Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs, insbesondere eines Stahlstrangs, in einer Stranggießanlage, wobei ein Strang mit einem, von einer Strangschale eingeschlossenen, flüssigen Kern aus einer gekühlten1 . A process for the continuous casting of a metal strand, in particular a steel strand, in a continuous casting plant, wherein a strand having a, from a strand shell enclosed liquid core of a cooled Durchlaufkokille ausgezogen, in einer der Durchlaufkokille nachgeordneten Strangstützeinrichtung gestützt und mit Kühlmittel gekühlt wird, wobei thermodynamische Zustandsänderungen des gesamten Strangs in einem mathematischen Simulationsmodell unter Berücksichtigung der physikalischen Parameter des Metalls, der Dicke des Strangs und der ständig gemessenenContinuous mold drawn, supported in a continuous casting mold downstream strand support device and cooled with coolant, wherein thermodynamic state changes of the entire strand in a mathematical simulation model taking into account the physical parameters of the metal, the thickness of the strand and constantly measured Auszugsgeschwindigkeit mitberechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im mathematischen Simulationsmodell eine dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Dichteänderungen des Metallstrangs in Echtzeit numerisch gelöst wird und die Kühlung des Strangs unter Berücksichtigung der errechneten Zustandsänderungen eingestellt wird.Discharge speed be calculated, characterized in that in the mathematical simulation model, a three-dimensional heat equation is solved numerically in consideration of temperature-dependent density changes of the metal strand in real time and the cooling of the strand is adjusted taking into account the calculated state changes. 2 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der numerischen Lösung der Wärmeleitungsgleichung unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Dichteänderungen des Metallstrangs approximierte Gleichungen für die Enthalpie verwendet werden, welche für den gesamten Strang die exakte Masse und die exakte Enthalpie aufweisen.2. A method according to claim 1, characterized in that in the numerical solution of the heat equation, taking into account temperature-dependent density changes of the metal strand approximated equations are used for the enthalpy, which have the exact mass and the exact enthalpy for the entire strand. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungsgleichung durch ein Finite-Volumen- Verfahren oder durch ein Finite-Elemente-Verfahren numerisch gelöst wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat conduction equation is solved numerically by a finite volume method or by a finite element method. 4 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermodynamischen Zustandsänderungen aufgrund der räumlichen Symmetrie nur für ein Viertel des Strangquerschnitts berechnet werden. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermodynamic state changes due to the spatial symmetry are calculated only for a quarter of the strand cross-section.
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