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WO2017042059A1 - Sekundärkühlung eines strangs in einer stranggiessanlage - Google Patents

Sekundärkühlung eines strangs in einer stranggiessanlage Download PDF

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WO2017042059A1
WO2017042059A1 PCT/EP2016/070441 EP2016070441W WO2017042059A1 WO 2017042059 A1 WO2017042059 A1 WO 2017042059A1 EP 2016070441 W EP2016070441 W EP 2016070441W WO 2017042059 A1 WO2017042059 A1 WO 2017042059A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coolant
strand
flow
cooling device
cooling
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/070441
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian ENZINGER
Thomas Fuernhammer
Thomas Stepanek
Helmut Wahl
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
Primetals Technologies Austria GmbH
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
Priority claimed from ATA50985/2015A external-priority patent/AT517772B1/de
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to BR112018004427-0A priority Critical patent/BR112018004427B1/pt
Priority to EP16757916.8A priority patent/EP3347151B1/de
Priority to EP18179585.7A priority patent/EP3417959B1/de
Publication of WO2017042059A1 publication Critical patent/WO2017042059A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/0207—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the work being an elongated body, e.g. wire or pipe

Definitions

  • the invention relates to a cooling device and a
  • Cooling method for secondary cooling of a strand in a strand guide of a continuous casting plant is a method for secondary cooling of a strand in a strand guide of a continuous casting plant.
  • a metallic strand is formed in a mold and then guided in a strand guide and thereby further cooled.
  • the cooling of the strand in the strand guide is called
  • Secondary cooling refers to cooling of the strand in the mold called primary cooling.
  • Secondary cooling is applied by means of a cooling device on the strand usually a coolant, such as water or a water-air mixture.
  • a coolant such as water or a water-air mixture.
  • a secondary cooling device and a cooling method for secondary cooling of a strand in a continuous casting plant in which the cooling power is adjusted by a PWM control of the duty cycle of a switching valve.
  • the ratio between the maximum and the minimum individual coolant flow increases and in addition the formation of a suitable beam profile (in particular the opening angle of the coolant jet from the coolant outlet) can be achieved even with small individual coolant flows does not appear from the document.
  • the invention has for its object to provide an improved cooling device and an improved cooling method for secondary cooling of a strand in a continuous casting.
  • the ratio between the maximum amount of coolant that can be applied and the minimum amount of coolant that can be applied should be increased.
  • Cooling device by the features of claim 1 and with regard to the cooling method by the features of claim 10.
  • Control unit which is for a pulse width modulation of at least onedestoffeinzelstroms in a current range for a time average value of thedestoffeinzelstroms by a pulse width modulated control of a switching valve
  • the cooling device thus enables a strand produced in a continuous casting plant
  • Cooling pulse width modulated coolant single streams that are output from distributed via a strand guide coolant outlets.
  • the pulse width modulation is realized in a current range for a time average of a single coolant flow.
  • the coolant singletream disappears during part of each pulse width modulation clock period and assumes a constant, non-zero current pulse value during the other part of each clock period. This current pulse value is therefore greater than the time average of the
  • pulse width modulated single coolant flow This is particularly advantageous if the time average to be set is so small that an unpulsed, ie temporally constant, single coolant flow which would produce this mean value has a planned beam profile of one generated by the coolant single stream
  • Coolant jet can not realize due to a low refrigerant pressure.
  • the beam profile, in particular an opening angle of the coolant jet is essential for the size of the coolant wetted by the coolant jet
  • the coolant outlets are preferably formed by respective outlet nozzles.
  • the size of the coolant outlets is preferably formed by respective outlet nozzles.
  • Coolant single stream corresponds to one
  • Coolant pressure which is not sufficient to produce the intended beam profile at too small coolant single stream.
  • Coolant single stream preferably carried out in a current range which is limited by a threshold current at which the coolant pressure would not be sufficient to realize a provided jet profile of a coolant jet generated by the coolant single stream at a fully open switching valve.
  • Pulse width modulation of the coolant single stream can be realized with current pulse values that are greater than the threshold current, average values of the coolant single stream that are smaller than the threshold current. In other words, it is possible to realize individual coolant streams whose time averages are smaller than the threshold current and which nevertheless have an intended beam profile of the
  • Coolant jet generate, since the current values are greater than the threshold current.
  • Coolant individual streams whose time averages are smaller than the threshold current can therefore have coolant jets of an intended beam profile Ls over a larger one Stromonneintervall be realized as in an exclusive use of unpumpeddeffenströme, ie the cooling device can in a larger
  • Coolant single streams are generated by controlling a coolant pressure or coolant flow in the coolant distribution system with the control loop:
  • the invention also makes it possible to expand the operating window of existing conventional cooling devices in a relatively simple and cost-effective manner, ie. H. to transform these cooling devices such that
  • Switching valves and connected to the switching valves control unit for the pulse width modulated switching on and off of coolant single streams are installed, for example by existing conventional line segments through
  • Switching valves are connected to the control unit via (compared to refrigerant lines cost-effective) control lines, without costly to change or replace the coolant distribution system as a whole. Such a transformation can also advantageously be carried out gradually, so that the operation of the continuous casting must be interrupted only for relatively short conversion times.
  • switching valves are, for example pneumatically or electrically or electromagnetically or hydraulically switchable valves.
  • Such trained switching valves are advantageously commercially available and allow a cost-effective implementation of switched on and off coolant single streams.
  • the coolant outlets are preferably each formed by an outlet nozzle.
  • a further embodiment of this embodiment of the invention provides that at least one outlet nozzle has an exchangeable nozzle tip.
  • outlet nozzles formed coolant outlets can be particularly suitable for strand cooling particularly suitable
  • Replaceable nozzle tips allow advantageous to modify these beam profiles, if necessary, in a simple manner by replacing the nozzle tips.
  • Single coolant flow or with at least one switching valve a plurality of individual coolant streams can be switched on and off.
  • switching valves for a plurality of coolant individual streams advantageously reduce the number of switching valves required and thus the costs and the outlay for realizing the
  • Cooling device with respect to switching valves for each a single coolant flow. It therefore depends on the
  • Further embodiments of the invention provide at least one longitudinal row of a plurality of coolant outlets arranged one behind the other along a transport direction of the strand and / or at least one transverse row of a plurality of coolant outlets arranged side by side transversely to a transport direction of the strand.
  • Cooling device each having a plurality of longitudinal and transverse rows of coolant outlets.
  • Pressure sensing device for detecting a
  • an analysis and review of functions of the cooling device for example, the determination of a degree of clogging of coolant outlets, by a
  • Cooling device are a threshold current Q s for
  • Q [0, Q s ].
  • In the current range lying temporal means of Single refrigerant flows with 0 -SQ -SQ s are generated by adjusting a refrigerant pressure in the refrigerant distribution system to a constant pressure value and each
  • Coolant distribution system with the control loop dependent on one of the individual coolant streams to be generated
  • Cooling device realized against a use of unpumpeddeffeneinzelströme.
  • An embodiment of the cooling method provides that a plurality of individual coolant streams are pulse-width modulated in the current range for their time average values in such a way that a total coolant flow formed together by all these individual coolant streams is constant over time.
  • Coolant total flow can be generated, even if the output from the individuallichstoffauslässen
  • Coolant individual streams each pulse width modulated.
  • a further refinement of the cooling method provides that a plurality of individual coolant streams are pulse-width modulated in the current range for their time average values in such a way that a total coolant flow formed by all these individual coolant streams is regulated to a desired value.
  • An actual value of the cooling method provides that a plurality of individual coolant streams are pulse-width modulated in the current range for their time average values in such a way that a total coolant flow formed by all these individual coolant streams is regulated to a desired value.
  • Coolant total current determined and a duty cycle and a period length of a clock period of the pulse width modulation are controlled in response to a deviation of the determined actual value of the desired value.
  • Pulse width modulation of the individual coolant flows In order to determine the actual value of the total coolant flow, for example, in each case coolant pressures are detected in line segments, are output via thedescheinzelströme, and closed by means of current-pressure characteristics on each outputdestoffeinzelströme. The actual value of the total coolant flow is then the sum of these
  • Coolant single currents each multiplied by the respective duty cycle of the pulse width modulation formed.
  • a further embodiment of the cooling method provides that a selection of coolant outlets, through which
  • Coolant individual streams are issued is made in response to a width of the strand.
  • the cooling of a strand can advantageously be adapted to its width.
  • Another embodiment of the invention provides that a coolant pressure in the coolant distribution system is detected and evaluated to determine a degree of clogging of at least one coolant outlet.
  • Cooling device by a blockage of
  • a strand moving at a casting speed of 0.05 m / s moves
  • Secondary cooling passes, and is cooled by a coolant outlet at a frequency of 0.5 Hz and a duty cycle D of 50%, during a single cooling cycle by 0.05 m on. If the casting speed is now doubled to 0.1 m / s and the duty cycle D is kept constant at 50%, then the cycle frequency must also be doubled to 1 Hz so that the strand continues to move by 0.05 m during a single cooling cycle.
  • Casting speed is set. This means that when doubling the casting speed at the same clock frequency and the same duty cycle of the coolant flow must be doubled to spend the same amount of coolant in the same cooling cycle.
  • Casting speed at the same clock frequency and the same duty cycle of the refrigerant pressure must be quadrupled in order to spend the same amount of coolant in the same cooling cycle.
  • Coolant flow is set in the coolant distribution system such that sets in the coolant outlet turbulent flow with Re> 2300.
  • the Reynolds number Re (for example, the wikipedia.org/gui/reynolds number)
  • v is the flow velocity of the coolant in the coolant outlet
  • d is the characteristic length of the coolant
  • Coolant outlet and v indicates the kinematic viscosity of the coolant is a dimensionless measure of the flow conditions in the coolant outlet. It is thus the case that identical beam profiles result for identical Reynolds numbers.
  • the threshold Q s is preferably selected such that adjusts a turbulent flow for each individual coolant flow through the respective coolant outlet.
  • a continuous casting plant according to the invention comprises a mold for forming a strand, an oscillating device for
  • the mold has a width adjustment for adjusting a width of the strand and the strand guide preferably has a G demdickenver ein for adjusting a thickness of the strand on.
  • the strand guide preferably has a G demdickenver ein for adjusting a thickness of the strand on.
  • FIG. 1 shows schematically a detail of a continuous casting plant in a side view
  • FIG. 2 shows schematically a first embodiment of a
  • Cooling device for secondary cooling of a strand in a continuous casting plant in a perspective view
  • FIG. 3 shows a perspective view of a
  • Cooling device for secondary cooling of a strand in a continuous casting plant in a perspective view
  • FIG. 5 shows a diagram of a coolant pressure as a function of a single coolant flow of an outlet nozzle
  • outlet nozzle, 7 shows diagrammatically time profiles of pulse-width-modulated coolant flows, which of a
  • Cooling device for secondary cooling of a strand are issued in a continuous casting
  • FIG. 1 schematically shows a section of a
  • Continuous casting 1 in a side view. Shown are a mold 3, an oscillating device 4 for moving the mold 3 relative to a strand 9, a downstream of the mold 3 strand guide 5 and a cooling device 7 of the continuous casting 1.
  • the strand guide rollers 13 above the Strand 9 and the line segments 17.1 and the coolant outlets 21 below the strand 9 not shown.
  • the person skilled in the art is aware that a strand after emerging from a mold in the secondary cooling is typically guided by strand guide rollers above and below the strand and the upper and lower broad sides of the strand are cooled.
  • the mold 3 is supplied with a metallic melt, from which the mold 3 is formed with the metallic strand 9, which is guided with the strand guide 5 and along a
  • Transport direction 11 is transported.
  • Osszilations drove 4 movements of the mold 4, in particular oscillating movements (the direction of movement is shown by an arrow) of the mold 4, produced, so that the strand 9 does not adhere to an inner surface of the mold.
  • the strand guide 5 has several
  • Strand guide rollers 13 to support the strand 9.
  • the mold 3 has a width adjustment for adjusting a width of the strand 9, so that with the
  • the strand guide 5 has a G demeticakudian for adjusting a thickness of the strand 9, so that with the strand guide 5 strands 9 of different thicknesses can be generated.
  • the cooling device 7 serves for the secondary cooling of the strand 9 in the strand guide 5.
  • the cooling device 7 comprises a coolant distribution system 15
  • the coolant 19 is, for example, water.
  • the continuous casting plant 1 shown in FIG. 1 is designed for so-called horizontal continuous casting, in which the strand 9 is output horizontally from the mold 3 to the strand guide 5.
  • the invention in particular a
  • cooling device 7 is not limited to continuous casting 1 for horizontal continuous casting, but also relates in particular continuous casting 1, which are designed for so-called vertical continuous casting, in which the strand 9 vertically through a bottom opening of the mold 3 from the mold 3 to the strand guide 5 is issued and the strand guide 5 is executed bent, so that the strand 9 along the strand guide 5 of a
  • Figure 2 shows schematically a first embodiment of a cooling device 7 for secondary cooling of a
  • Cooling device 7 is located. Further, from this
  • Coolant distribution system 15 of the cooling device 7 only one area shown, which is over half the width of the strand 9 from a lateral
  • Transport direction 11 extending central axis 9.2 of
  • Strand 9 extends. Over the other half of the width of the strand 9, a further region of the
  • Coolant distribution system 15 which is formed as well as the area shown in Figure 2, these two areas are mirror-symmetric with respect to a mirroring on a mirror plane containing the central axis 9.2 and perpendicular to a strand surface 9.3 of the strand 9.
  • the coolant outlets 21 of the coolant distribution system 15 form a plurality of longitudinal rows along the transport direction 11 of the strand 9 arranged one behind the other
  • Coolant outlets 21 are arranged transversely to the transport direction 11 of the strand 9 side by side, so that coolant outlets 21 of different longitudinal rows form transverse rows transversely to the transport direction 11 adjacent coolant outlets 21.
  • the coolant distribution system 15 eight juxtaposed longitudinal rows of coolant outlets 21, wherein each
  • Coolant distribution system 15 a parallel to
  • Transport direction 11 extending longitudinal segment segment 17.2, which has these these coolant outlets 21
  • Line end segments 17.1 connects to each other.
  • Coolant distribution system 15 also has a transverse to
  • Transport direction 11 extending transverse line segment 17.4, with each longitudinal segment segment 17.2 via a respective perpendicular to the strand surface 9.3 extending
  • Line end segment 17.1 also has to issue
  • Coolant outlet 21 see Figure 3.
  • a switching valve 23 is arranged, with which a coolant supply of coolant 19 to the coolant outlet 21 of this line end segment 17.1 can be interrupted.
  • Each switching valve 23 is designed as an open / close valve, which has two operating states, wherein the switching valve 23 in a first
  • Coolant outlet 21 releases and in the second
  • Coolant outlet 21 locks. A change of the
  • Switching the switching valve 23 denotes; switching from the first to the second operating state is referred to as closing the switching valve 23, and switching from the second to the first operating state is referred to as opening the switching valve 23.
  • switching valve 23 so exactly onedestoffeinzelstrom Q is switched on and off, which is output from a coolant outlet 21.
  • the switching valves 23 are connected via control lines 25.1 to 25.4 with a control unit 27 and through the
  • Control unit 27 switchable. Each connects
  • Control unit 27 The control lines 25.1 to 25.4 can at least partially in pipes of
  • the switching valves 23 are designed as pneumatically or electrically or electromagnetically or hydraulically switchable valves. Accordingly, the control lines 25.1 to 25.4 in the case of pneumatically switchable switching valves 23 pneumatic air pressure lines, in the case of electrically or electromagnetically switchable switching valves 23 electrical lines and in the case of hydraulically switchable
  • Switching valves 23 hydraulic fluid lines.
  • the control unit 27 is adapted to the
  • the cooling device 7 further comprises a
  • the detected by the pressure detecting device 29 signals are supplied via a pressure signal line 31 of the control unit 27.
  • the control unit 27 evaluates these signals for analysis and verification of functions of
  • Cooling device 7 for example, to determine a degree of clogging of the coolant outlets 21, from.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a
  • the line end segment 17.1 comprises a segment tube 35, a connecting flange 37, a
  • the connecting flange 37 is at a first end of the
  • Segment tube 35 and arranged with a
  • the switching valve 23 is arranged on this end of the segment tube 35, for example by a
  • Pipe-valve screw 39 which by an external thread on the outer surface of the segment tube 35 and a
  • the outlet nozzle 33 has a nozzle tip 33.1 with a coolant outlet 21 and a nozzle main body 33.2.
  • the nozzle main body 33.2 is arranged on the switching valve 23 and the switching valve 23, for example by a valve-nozzle screw 41, which by an external thread on the outer surface of the switching valve 23 and a
  • the nozzle tip 33.1 is arranged on the nozzle main body 33.2.
  • the nozzle body 33.2 has an internal thread, which leads to a
  • the segment tube 35 serves to guide coolant 19 to the coolant outlet 21 and guide an end portion of a control line 25.1 to 25.4 to the switching valve 23.
  • the segment tube 35 for example, an outer tube and an inner tube extending in the outer tube, wherein between the outer tube and the inner tube coolant 19 is guided and the inner tube, the end portion of a
  • Control line 25.1 to 25.4 forms or surrounds.
  • Connecting flange 37 has two flange openings 37.1, 37.2, wherein a first flange opening 37.1 of the supply of coolant 19 in the segment tube 35 and the second flange 37.2 serves the guide of the control line 25.1 to 25.4 is used in the segment tube 35.
  • the connecting flange 37 furthermore has a centering bolt 42, which is arranged between the flange openings 37.1, 37.2, in order to move the
  • Line end segment 17.1 easier to assemble and align.
  • Figure 4 shows schematically a second embodiment of a cooling device 7 for secondary cooling of a
  • the embodiment shown in Figure 4 differs from the embodiment shown in Figures 2 and 3, characterized in that not in the line end segments 17.1 each have a switching valve 23 is arranged for a coolant outlet 21, but that for each longitudinal row of
  • Intermediate segment 17.3 is arranged so that through each of these switching valves 23, a coolant supply from the line transverse segment 17.4 to a longitudinal segment segment 17.2 and all associated Krusendsegmenten 17.1 is interruptible. Further, in contrast to the embodiment shown in Figures 2 and 3, a check valve 43 is disposed in each line end segment 17.1 to after locking a coolant supply to the
  • Switching valve 23 an output of coolant 19, which is in line segments 17.1 to 17.3 between the switching valve 23 and check valve 43 to prevent the strand 9.
  • Line end segments 17.1 each have a turn
  • Outlet nozzle 33 the nozzle tip 33.1 is preferably designed to be interchangeable.
  • Embodiment requires the embodiment shown in Figure 4 advantageously less switching valves 23. Compared to the embodiment shown in Figure 4 allows the illustrated in Figures 2 and 3
  • Embodiment however, a higher clock frequency of the pulse width modulated circuit of the switching valves 23 (when using similar switching valves 23 in both
  • Embodiments allows for individual control of the switching valves 23 a more flexible control of the cooling and reduces the effects of a failure of a single switching valve 23, since such a failure on a smaller surface area of the strand.
  • FIGS. 5 to 7 illustrate a cooling method for secondary cooling of a strand 9 in a continuous casting plant 1 with a cooling device 7, which is like one of the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 2 to 4
  • FIG. 5 shows a diagram for a coolant pressure P as a function of a single coolant flow Q through an outlet nozzle 33 of the cooling device 7, which is designed like one of the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 2 and 4.
  • the single refrigerant flow Q discharged from the outlet nozzle 33 through the refrigerant outlet 21 is communicated in at least one current range AQ for its time average Q by one
  • Pulse width modulated control of a switching valve 23 on and off and thus even pulse width modulated see Figure 6.
  • this is Current range ⁇ ) is limited by a threshold current Q s , which corresponds to a threshold pressure P s .
  • the threshold current Q s is set such that the coolant pressure P below the corresponding
  • Threshold pressure P s is no longer sufficient to provide an intended beam profile of one of the outlet nozzle 33
  • Coolant jet in particular a designated
  • Coolant individual streams regulated Q dependent setpoint see Figure 9.
  • Figure 6 shows a course of a pulse width modulated
  • the pulse width modulation has one
  • the single refrigerant flow Q has a constant non-zero current pulse value Q P in a first half of each clock period and disappears in the second half of each clock period. Accordingly, the time average Q of the refrigerant single-stream Q in this example is half the current pulse value Q P.
  • Outlet nozzle 33 produce issued coolant jet.
  • FIG. 7 shows diagrammatic time profiles of
  • cooling device 7 is like one of those shown in Figures 2 or 4
  • Figure 7 may also represent time courses of refrigerant flows Gh to Q and a total coolant flow Q G of the halves shown in Figures 2 or 4 of the respective cooling devices 7, wherein the respective other halves not shown are controlled analogously).
  • the coolant flows Gh to Q are each of all
  • Coolant outlets 21 a longitudinal row issued together and are therefore each a sum of
  • Total coolant flow Q G is output from the coolant outlets 21 of all of these longitudinal rows together and is the sum of the coolant flows Qi to Q 4 .
  • the switching valves 23 are from the control unit 27th
  • a second coolant flow Q 2 disappears during a first and last quarter of each clock period, a third coolant flow Q 3 disappears during the first half of each clock period, a fourth coolant flow Q 4 disappears during a second and third quarter of each clock period, and the coolant flows Gh bis Q 4 in the remaining times assume a constant, non-zero value, which is equal to all longitudinal rows, which is half the total coolant flow Q G.
  • the total coolant flow Q G is thereby at the
  • Pulse width modulation to a predetermined setpoint
  • a duty cycle D and the period length T of the pulse width modulation are determined as a function of a
  • Deviation of the determined actual value from the setpoint regulated is understood to be the ratio of a pulse duration during a clock period to the period length T.
  • the duty cycle D of the pulse width modulation is understood to be the ratio of a pulse duration during a clock period to the period length T.
  • Duty cycle D for example, each 50%.
  • respective coolant pressures P in line segments 17.1 to 17.4 are output via the individual coolant streams Q and are closed therefrom by means of current-pressure curves to the individual coolant flows Q output.
  • the actual value of the total coolant flow Q G is then formed as the sum of these individual coolant flows Q, in each case multiplied by the respective duty cycle D of the pulse width modulation.
  • FIG. 8 shows the duty cycle D of the pulse width modulation of a coolant single-flow Q as a function of the average value Q of the coolant single-flow Q in the current range AQ.
  • Coolant individual streams Q are generated by the
  • Coolant pressure P is set in the coolant distribution system 15 to a constant pressure value which is at least as large as the threshold pressure P s , and each
  • the duty cycle D therefore increases within the current range AQ with increasing average value Q up to a duty cycle end value D m .
  • the refrigerant pressure P in the refrigerant distribution system 15 is set to the threshold pressure P s .
  • Tastgradendwert D m for example, the value of 1.
  • FIG. 9 shows a control circuit 45 for regulating a
  • the controlled variable R of the control loop 45 is therefore the
  • a reference variable S of the control circuit 45 is accordingly one of the
  • the control circuit 45 comprises a regulator 47, a control path 49 and a measuring member 51.
  • the regulator 47 is a pump for directly generating a refrigerant pressure P or coolant flow in the
  • Coolant distribution system 15 or a pump with a downstream pressure or flow regulator for reducing a generated by the pump coolant pressure P or
  • the controlled system 49 is the coolant distribution system 15.
  • the measuring member 51 is a pressure detecting device 29 for detecting the refrigerant pressure P or a
  • a control deviation E of the controlled variable R is formed by the reference variable S.
  • the controller 47 generates a dependent on the deviation E

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

Abstract

Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage Die Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung (7) und ein Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs (9) in einer Strangführung (5) einer Stranggießanlage (1). Die Kühlungsvorrichtung (7) umfasst ein Kühlmittelverteilungssystem (15) mit Leitungssegmenten (17. bis 17.4) zur Leitung eines Kühlmittels (19) und mehreren über die Strangführung (5) verteilten Kühlmittelauslässen (21) zur Ausgabe jeweils eines Kühlmitteleinzelstroms (Q) auf den Strang (9), wenigstens ein Schaltventil (23), mit dem wenigstens ein Kühlmitteleinzelstrom (Q) ein- und abschaltbar ist, und eine Steuereinheit (27), die zu einer Pulsweitenmodulation wenigstens eines Kühlmitteleinzelstroms (Q) in wenigstens einem Strombereich (ΔQ) für einen zeitlichen Mittelwert (Ǭ) des Kühlmitteleinzelstroms (Q) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils (23) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage Die Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung und ein
Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Strangführung einer Stranggießanlage.
Beim Stranggießen in einer Stranggießanlage wird in einer Kokille ein metallischer Strang gebildet und anschließend in einer Strangführung geführt und dabei weiter abgekühlt. Die Abkühlung des Strangs in der Strangführung wird als
Sekundärkühlung bezeichnet, während eine Kühlung des Strangs in der Kokille Primärkühlung genannt wird. Bei der
Sekundärkühlung wird mittels einer Kühlungsvorrichtung auf den Strang in der Regel ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Luft-Gemisch, aufgebracht.
Aus der EP 2 527 061 AI ist eine Sekundärkühleinrichtung und ein Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage bekannt, bei der die Kühlleistung durch eine PWM Ansteuerung des Tastgrads eines Schaltventils eingestellt wird. Wie das Verhältnis zwischen dem maximalen und dem minimalen Kühlmitteleinzelstrom erhöht und zusätzlich auch bei kleinen Kühlmitteleinzelströmen die Ausbildung eines geeigneten Strahlprofils (insbesondere des Öffnungswinkels des Kühlmittelstrahls aus dem Kühlmittelauslass) erreicht werden kann, geht aus der Schrift nicht hervor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlungsvorrichtung und ein verbessertes Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage anzugeben. Insbesondere soll das Verhältnis zwischen der maximal aufbringbaren Kühlmittelmenge und der minimal aufbringbaren Kühlmittelmenge erhöht werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der
Kühlungsvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kühlungsverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Kühlungsvorrichtung zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Strangführung einer Stranggießanlage umfasst ein Kühlmittelverteilungssystem mit Leitungssegmenten zur Leitung eines Kühlmittels und mehreren über die
Strangführung verteilten Kühlmittelauslässen zur Ausgabe jeweils eines Kühlmitteleinzelstroms auf den Strang,
wenigstens ein Schaltventil, mit dem wenigstens ein
Kühlmitteleinzelstrom ein- und abschaltbar ist, eine
Steuereinheit, die zu einer Pulsweitenmodulation wenigstens eines Kühlmitteleinzelstroms in einem Strombereich für einen zeitlichen Mittelwert des Kühlmitteleinzelstroms durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils
ausgebildet ist und einen Regelkreis zur Regelung eines Kühlmitteldrucks oder Kühlmittelstroms in dem
KühlmittelverteilungsSystem .
Die Kühlungsvorrichtung ermöglicht also, einen in einer Stranggießanlage hergestellten Strang durch
pulsweitenmodulierte Kühlmitteleinzelströme zu kühlen, die von über eine Strangführung verteilten Kühlmittelauslässen ausgegeben werden. Dabei wird die Pulsweitenmodulation in einem Strombereich für einen zeitlichen Mittelwert eines Kühlmitteleinzelstroms realisiert. Bei der
Pulsweitenmodulation eines Kühlmitteleinzelstroms
verschwindet der Kühlmitteleinzelstrom während eines Teils jeder Taktperiode der Pulsweitenmodulation und nimmt während des anderen Teils jeder Taktperiode einen konstanten, von Null verschiedenen Strompulswert an. Dieser Strompulswert ist daher größer als der zeitliche Mittelwert des
pulsweitenmodulierten Kühlmitteleinzelstroms . Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der einzustellende zeitliche Mittelwert so klein ist, dass ein ungepulster, d. h. zeitlich konstanter Kühlmitteleinzelstrom, der diesen Mittelwert erzeugen würde, ein vorgesehenes Strahlprofil eines von dem Kühlmitteleinzelstrom erzeugten
Kühlmittelstrahls aufgrund eines zu geringen Kühlmitteldrucks nicht realisieren kann. Das Strahlprofil, insbesondere ein Öffnungswinkel des Kühlmittelstrahls, ist nämlich wesentlich für die Größe des von dem Kühlmittelstrahl benetzten
Bereiches des Strangs und damit für die Kühlwirkung des Kühlmittelstrahls. Zur Erzeugung eines vorgesehenen
Strahlprofils werden die Kühlmittelauslässe vorzugsweise von entsprechenden Auslassdüsen gebildet. Die Größe des
Kühlmitteleinzelstroms korrespondiert zu einem
Kühlmitteldruck, der bei zu kleinem Kühlmitteleinzelstrom nicht zur Erzeugung des vorgesehenen Strahlprofils ausreicht.
Daher wird eine Pulsweitenmodulation eines
Kühlmitteleinzelstroms vorzugsweise in einem Strombereich durchgeführt, der von einem Schwellenstrom begrenzt wird, bei dem der Kühlmitteldruck nicht mehr ausreichen würde, bei einem vollständig geöffneten Schaltventil ein vorgesehenes Strahlprofil eines von dem Kühlmitteleinzelstrom erzeugten Kühlmittelstrahls zu realisieren. Durch die
Pulsweitenmodulation des Kühlmitteleinzelstroms können mit Strompulswerten, die größer als der Schwellenstrom sind, Mittelwerte des Kühlmitteleinzelstroms realisiert werden, die kleiner als der Schwellenstrom sind. Mit anderen Worten können Kühlmitteleinzelströme realisiert werden, deren zeitliche Mittelwerte kleiner als der Schwellenstrom sind und die dennoch ein vorgesehenes Strahlprofil des
Kühlmittelstrahls erzeugen, da die Strompulswerte größer als der Schwellenstrom sind.
Durch die Pulsweitenmodulation insbesondere von
Kühlmitteleinzelströmen, deren zeitliche Mittelwerte kleiner als der Schwellenstrom sind, k 3nnen daher Kühlmittelstrahlen eines vorgesehenen Strahlprofi Ls über ein größeres Stromwerteintervall als bei einer ausschließlichen Verwendung ungepulster Kühlmitteleinzelströme realisiert werden, d. h. die Kühlungsvorrichtung kann in einem größeren
Betriebsfenster, das durch dieses Stromwerteintervall definiert ist, betreiben werden.
Oberhalb des Schwellenstroms können ungepulste
Kühlmitteleinzelströme durch Regelung eines Kühlmitteldrucks oder Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem mit dem Regelkreis erzeugt werde:
Die Erfindung ermöglicht auch, das Betriebsfenster bereits existierender herkömmlicher Kühlungsvorrichtungen in relativ einfacher und kostengünstiger Weise zu erweitern, d. h. diese Kühlungsvorrichtungen derart umzugestalten, dass
Kühlmittelstrahlen eines vorgesehenen Strahlprofils über ein größeres Stromwerteintervall der Kühlmitteleinzelströme realisiert werden können. Dazu brauchen lediglich
Schaltventile und eine mit den Schaltventilen verbundene Steuereinheit zur pulsweitenmodulierten Ein- und Abschaltung von Kühlmitteleinzelströmen eingebaut werden, beispielsweise indem existierende herkömmliche Leitungssegmente durch
Leitungssegmente mit Schaltventilen ersetzt und die
Schaltventile mit der Steuereinheit über (im Vergleich zu Kühlmittelleitungen kostengünstige) Steuerleitungen verbunden werden, ohne das Kühlmittelverteilungssystem als Ganzes aufwändig zu verändern oder zu ersetzen. Eine derartige Umgestaltung kann zudem vorteilhaft schrittweise erfolgen, so dass der Betrieb der Stranggießanlage jeweils nur für relativ kurze Umbauzeiten unterbrochen werden muss.
Als Schaltventile eignen sich beispielsweise pneumatisch oder elektrisch oder elektromagnetisch oder hydraulisch schaltbare Ventile. Derartig ausgebildete Schaltventile sind vorteilhaft kommerziell verfügbar und ermöglichen eine kostengünstige Realisierung ein- und abschaltbarer Kühlmitteleinzelströme. Wie oben bereits erwähnt wurde, werden die Kühlmittelauslässe vorzugsweise jeweils von einer Auslassdüse gebildet. Eine Weitergestaltung dieser Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Auslassdüse eine austauschbare Düsenspitze aufweist.
Durch von Auslassdüsen gebildete Kühlmittelauslässe können vorteilhaft zur Strangkühlung besonders geeignete
Strahlprofile der von den Kühlmittelauslässen abgegebenen Kühlmittelstrahlen erzeugt werden. Auslassdüsen mit
austauschbaren Düsenspitzen ermöglichen vorteilhaft, diese Strahlprofile erforderlichenfalls in einfacher Weise durch den Austausch der Düsenspitzen zu verändern.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sehen vor, dass entweder mit jedem Schaltventil genau ein
Kühlmitteleinzelstrom oder mit wenigstens einem Schaltventil mehrere Kühlmitteleinzelströme ein- und abschaltbar sind.
Schaltventile, mit denen jeweils genau ein
Kühlmitteleinzelstrom ein- und abschaltbar ist, sind
schneller schaltbar als gleichartige Schaltventile für jeweils mehrere Kühlmitteleinzelströme und ermöglichen dadurch eine höhere Taktfrequenz der Pulsweitenmodulation der Kühlmitteleinzelströme. Ferner ermöglichen sie durch eine individuelle Ansteuerung der Schaltventile eine flexiblere Steuerung der Kühlung und reduzieren die Auswirkungen eines Ausfalls eines einzelnen Schaltventils. Schaltventile für jeweils mehrere Kühlmitteleinzelströme reduzieren dagegen vorteilhaft die Anzahl der benötigten Schaltventile und damit die Kosten und den Aufwand zur Realisierung der
Kühlungsvorrichtung gegenüber Schaltventilen für jeweils einen Kühlmitteleinzelstrom. Es hängt daher von den
jeweiligen Anforderungen an die Kühlungsvorrichtung ab, ob Schaltventile für jeweils einen Kühlmitteleinzelstrom oder mehrere Kühlmitteleinzelströme vorteilhafter sind. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen wenigstens eine Längsreihe mehrerer entlang einer Transportrichtung des Strangs hintereinander angeordneter Kühlmittelauslässe und/oder wenigstens eine Querreihe mehrerer quer zu einer Transportrichtung des Strangs nebeneinander angeordneter Kühlmittelauslässe vor.
Diese Ausgestaltungen ermöglichen vorteilhaft eine über einen Abschnitt einer Strangführung gleichmäßig verteilte
Sekundärkühlung eines Strangs, insbesondere wenn die
Kühlungsvorrichtung jeweils mehrere Längs- und Querreihen von Kühlmittelauslässen aufweist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine
Druckerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines
Kühlmitteldrucks oder einen Durchflussmesser zur Erfassung eines Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem vor .
Eine derartige Druckerfassungsvorrichtung ermöglicht
vorteilhaft eine Analyse und Überprüfung von Funktionen der Kühlungsvorrichtung, beispielsweise die Ermittlung eines Verstopfungsgrades von Kühlmittelauslässen, durch eine
Auswertung der von der Druckerfassungsvorrichtung erfassten Signale. Außerdem kann ein Ist-Wert eines Kühlmitteldrucks oder Kühlmittelstroms zur Regelung des Kühlmitteldrucks oder Kühlmittelstroms im Kühlmittelverteilungssystem erfasst werden .
Bei einem erfindungsgemäßen Kühlungsverfahren zur
Sekundärkühlung eines Strangs in einer Strangführung einer Stranggießanlage durch eine erfindungsgemäße
Kühlungsvorrichtung werden ein Schwellenstrom Qs für
zeitliche Mittelwerte Q von zumindest einem
Kühlmitteleinzelstrom und ein unterhalb des Schwellenstroms oder gleich dem Schwellenstrom liegender Strombereich AQ vorgegeben. Für den Strombereich AQ gilt Q = [0, Qs]. In dem Strombereich liegende zeitliche Mittelwerte von Kühlmitteleinzelströmen mit 0 -S Q -S Qs werden erzeugt, indem ein Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelverteilungssystem auf einen konstanten Druckwert eingestellt wird und jeder
Kühlmitteleinzelstrom durch eine pulsweitenmodulierte
Ansteuerung eines Schaltventils mit einem von dem zu erzeugenden Mittelwert abhängigen Tastgrad
pulsweitenmoduliert wird. Außerhalb des Strombereichs liegende zeitliche Mittelwerte von Kühlmitteleinzelströmen mit Q > Qs werden erzeugt, indem die Schaltventile dieser Kühlmitteleinzelströme geöffnet werden und der
Kühlmitteldruck oder ein Kühlmittelstrom in dem
Kühlmittelverteilungssystem mit dem Regelkreis auf einen von den zu erzeugenden Kühlmitteleinzelströmen abhängigen
Sollwert geregelt wird.
Mit dem Kühlungsverfahren wird die oben bereits erwähnte vorteilhafte Vergrößerung des Betriebsfensters der
Kühlungsvorrichtung gegenüber einer Verwendung ungepulster Kühlmitteleinzelströme realisiert .
Eine Ausgestaltung des Kühlungsverfahrens sieht vor, dass mehrere Kühlmitteleinzelströme in dem Strombereich für ihre zeitlichen Mittelwerte derart pulsweitenmoduliert werden, dass ein von allen diesen Kühlmitteleinzelströmen zusammen gebildeter Kühlmittelgesamtstrom zeitlich konstant ist.
Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht also eine
zeitversetzte Ein- und Abschaltung von
Kühlmitteleinzelströmen bei deren Pulsweitenmodulation vor, um einen von allen diesen Kühlmitteleinzelströmen gebildeten Kühlmittelgesamtstrom zeitlich konstant zu halten. Dadurch kann vorteilhaft ein gleichmäßiger von der
Kühlungsvorrichtung auf den Strang abgegebener
Kühlmittelgesamtstrom erzeugt werden, auch wenn die von den einzelnen Kühlmittelauslässen abgegebenen
Kühlmitteleinzelströme jeweils pulsweitenmoduliert werden. Eine weitere Ausgestaltung des Kühlungsverfahrens sieht vor, dass mehrere Kühlmitteleinzelströme in dem Strombereich für ihre zeitlichen Mittelwerte derart pulsweitenmoduliert werden, dass ein von allen diesen Kühlmitteleinzelströmen zusammen gebildeter Kühlmittelgesamtström auf einen Sollwert geregelt wird. Dabei wird ein Istwert des
Kühlmittelgesamtstroms ermittelt und ein Tastgrad und eine Periodenlänge einer Taktperiode der Pulsweitenmodulation werden in Abhängigkeit von einer Abweichung des ermittelten Istwertes von dem Sollwert geregelt.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine Regelung eines von mehreren Kühlmittelauslässen ausgegebenen Kühlmittelgesamtstroms auf einen vorgebbaren Sollwert durch Einstellen des Tastgrades und der Periodenlänge der
Pulsweitenmodulation der Kühlmitteleinzelströme. Um den Istwert des KühlmittelgesamtStroms zu ermitteln, werden beispielsweise jeweils Kühlmitteldrücke in Leitungssegmenten, über die Kühlmitteleinzelströme ausgegeben werden, erfasst und daraus mittels Strom-Druck-Kennlinien auf die jeweils ausgegebenen Kühlmitteleinzelströme geschlossen. Der Istwert des Kühlmittelgesamtstroms wird dann als Summe dieser
Kühlmitteleinzelströme, jeweils multipliziert mit dem jeweiligen Tastgrad der Pulsweitenmodulation, gebildet.
Eine weitere Ausgestaltung des Kühlungsverfahrens sieht vor, dass eine Auswahl von Kühlmittelauslässen, durch die
Kühlmitteleinzelströme ausgegeben werden, in Abhängigkeit von einer Breite des Strangs getroffen wird.
Dadurch kann die Kühlung eines Strangs vorteilhaft seiner Breite angepasst werden. Durch Kühlmittelauslässe, die zur Kühlung eines Strangs nicht benötigt werden, da sie sich neben der Strangoberfläche befinden, werden dabei
beispielsweise nur jeweils Ausblasluft in einer Pulspause oder ein kurzer Wasserpuls abgegeben, um ein Verstopfen dieser Kühlmittelauslässe zu verhindern. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelverteilungssystem erfasst und zur Ermittlung eines Verstopfungsgrades wenigstens eines Kühlmittelauslasses ausgewertet wird.
Dadurch kann vorteilhaft eine Fehlfunktion der
Kühlungsvorrichtung durch eine Verstopfung von
Kühlmittelauslässen, die eine mangelnde Kühlung des Strangs zur Folge hat, erkannt werden.
Um bei verschiedenen Gießgeschwindigkeiten denselben Bereich des Strangs durch einen Kühlmittelauslass zu beaufschlagen, ist es vorteilhaft, wenn die Taktfrequenz f = 1/T
proportional zur Gießgeschwindigkeit der Stranggießanlage eingestellt wird. Beispielsweise bewegt sich ein Strang, der mit einer Gießgeschwindigkeit von 0,05 m/s die
Sekundärkühlung durchläuft, und durch einen Kühlmittelauslass bei einer Taktfrequenz von 0,5 Hz und einem Tastgrad D von 50% gekühlt wird, während eines einzelnen Kühlzyklusses um 0,05 m weiter. Wird nun die Gießgeschwindigkeit auf 0,1 m/s verdoppelt und der Tastgrad D bei 50% konstant gehalten, so muss die Taktfrequenz auf 1 Hz ebenfalls verdoppelt werden, sodass sich der Strang während eines einzelnen Kühlzyklusses wiederum um 0,05 m weiterbewegt.
Außerdem hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Tastgrad D bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten konstant gehalten wird, jedoch der Kühlmitteleinzelstrom (Q) durch einen Kühlmittelauslasses (21) proportional zur
Gießgeschwindigkeit eingestellt wird. Dies führt dazu, dass bei einer Verdoppelung der Gießgeschwindigkeit bei gleicher Taktfrequenz und gleichem Tastgrad der Kühlmmittelstrom verdoppelt werden muss um im selben Kühlzyklus dieselbe Kühlmittelmenge auszubringen.
Wird hingegen nicht ein Kühlmitteleinzelstrom sondern der Kühlmitteldruck eingestellt, so ist es günstig, wenn wiederum der Tastgrad D bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten konstant gehalten und der Kühlmitteldruck (P) proportional zum Quadrat der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird. Dies führt dazu, dass bei einer Verdoppelung der
Gießgeschwindigkeit bei gleicher Taktfrequenz und gleichem Tastgrad der Kühlmitteldruck vervierfacht werden muss um im selben Kühlzyklus dieselbe Kühlmittelmenge auszubringen.
Um auch bei unterschiedlichen Kühlmitteldrücken bzw. -strömen ein gleichmäßiges Strahlprofil, idealerweise einen konstanten Öffnungswinkel, eines Kühlmittelstrahls zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmitteldruck oder der
Kühlmittelstrom im Kühlmittelverteilungssystem derart eingestellt wird, dass sich im Kühlmittelauslass eine turbulente Strömung mit Re > 2300 einstellt.
Die Reynoldszahl Re (z.B. de . wikipedia . org/wiki/Reynolds- Zahl)
v. d
Re = ,
v
wobei v die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Kühlmittelauslass, d die charakteristische Länge des
Kühlmittelauslasses und v die kinematische Viskosität des Kühlmittels angibt, ist ein dimensionsloses Maß für die Strömungsbedingungen im Kühlmittelauslass. Es gilt somit, dass sich bei identischen Reynoldszahlen auch identische Strahlprofile ergeben.
Der Schwellenwert Qs wird vorzugsweise derart gewählt, dass sich für jeden Kühlmitteleinzelstrom durch den jeweiligen Kühlmittelauslass eine turbulente Strömung einstellt.
Eine erfindungsgemäße Stranggießanlage umfasst eine Kokille zur Bildung eines Strangs, eine Osszilationseinrichtung zum
Bewegen der Kokille gegenüber des Strangs, eine Strangführung zum Stützen und Führung des Strangs und eine erfindungsgemäße Kühlungsvorrichtung zur Sekundärkühlung des Strangs mit den oben bereits genannten Vorteilen. Dabei weist die Kokille eine Breitenverstellung zur Einstellung einer Breite des Strangs auf und die Strangführung weist vorzugsweise eine Gießdickenverstellung zur Einstellung einer Dicke des Strangs auf. Dadurch können vorteilhaft Stränge verschiedener Breiten und Dicken erzeugt werden. Durch die Osszilationseinrichtung können vorteilhaft Bewegungen der Kokille, insbesondere oszillierende Bewegungen der Kokille, erzeugt werden, damit der Strang nicht an einer Innenoberfläche der Kokille anhaftet .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 schematisch einen Ausschnitt einer Stranggießanlage in einer Seitenansicht,
FIG 2 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Kühlungsvorrichtung zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage in einer perspektivischen Darstellung,
FIG 3 eine perspektivische Darstellung eines
Leitungsendsegments einer Kühlungsvorrichtung zur
Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage,
FIG 4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Kühlungsvorrichtung zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage in einer perspektivischen Darstellung,
FIG 5 ein Diagramm eines Kühlmitteldrucks in Abhängigkeit von einem Kühlmitteleinzelstrom einer Auslassdüse,
FIG 6 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines pulsweitenmodulierten Kühlmitteleinzelstroms einer
Auslassdüse, FIG 7 diagrammatisch zeitliche Verläufe von pulsweitenmodulierten Kühlmittelströmen, die von einer
Kühlungsvorrichtung zur Sekundärkühlung eines Strangs in einer Stranggießanlage ausgegeben werden,
FIG 8 einen Tastgrad D einer Pulsweitenmodulation eines
Kühlmitteleinzelstroms in Abhängigkeit von dem Mittelwert des Kühlmitteleinzelstroms, und FIG 9 einen Regelkreis zur Regelung eines
Kühlmitteldrucks oder Kühlmittelstroms in einem
KühlmittelverteilungsSystem .
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer
Stranggießanlage 1 in einer Seitenansicht. Dargestellt sind eine Kokille 3, eine Oszillationseinrichtung 4 zum Bewegen der Kokille 3 gegenüber eines Strangs 9, eine der Kokille 3 nachgeordnete Strangführung 5 und eine Kühlungsvorrichtung 7 der Stranggießanlage 1. Um die Komplexität der Figur nicht unnötig zu erhöhen, wurden die Strangführungsrollen 13 oberhalb des Strangs 9 sowie die Leitungssegmente 17.1 und die Kühlmittelauslässe 21 unterhalb des Strangs 9 nicht dargestellt. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Strang nach dem Austritt aus einer Kokille in der Sekundärkühlung typischerweise durch Strangführungsrollen ober- und unterhalb des Strangs geführt wird sowie die oben- und untenliegenden Breitseiten des Strangs gekühlt werden.
Der Kokille 3 wird eine metallische Schmelze zugeführt, aus der mit der Kokille 3 der metallische Strang 9 gebildet wird, der mit der Strangführung 5 geführt und entlang einer
Transportrichtung 11 transportiert wird. Mit der
Osszilationseinrichtung 4 werden Bewegungen der Kokille 4, insbesondere oszillierende Bewegungen (die Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil dargestellt) der Kokille 4, erzeugt, damit der Strang 9 nicht an einer Innenoberfläche der Kokille anhaftet. Die Strangführung 5 weist mehrere
Strangführungsrollen 13 zur Stützung des Strangs 9 auf.
Die Kokille 3 weist eine Breitenverstellung zur Einstellung einer Breite des Strangs 9 aufweist, so dass mit der
Kokille 3 Stränge 9 unterschiedlicher Breiten erzeugbar sind. Die Strangführung 5 weist eine Gießdickenverstellung zur Einstellung einer Dicke des Strangs 9 auf, so dass mit der Strangführung 5 Stränge 9 verschiedener Dicken erzeugbar sind .
Die Kühlungsvorrichtung 7 dient der Sekundärkühlung des Strangs 9 in der Strangführung 5. Die Kühlungsvorrichtung 7 umfasst ein Kühlmittelverteilungssystem 15 mit
Leitungssegmenten 17.1 bis 17.4 zur Leitung eines
Kühlmittels 19 und mehreren über die Strangführung 5
verteilten Kühlmittelauslässen 21 zur Ausgabe von
Kühlmittel 19 auf den Strang 9. Anhand der Figuren 2 bis 4 werden unten verschiedene Ausführungsbeispiele von
Kühlungsvorrichtungen 7 näher beschrieben. Das Kühlmittel 19 ist beispielsweise Wasser.
Die in Figur 1 dargestellte Stranggießanlage 1 ist zum so genannten horizontalen Stranggießen ausgebildet, bei dem der Strang 9 horizontal aus der Kokille 3 zu der Strangführung 5 ausgegeben wird. Die Erfindung, insbesondere eine
erfindungsgemäße Kühlungsvorrichtung 7, ist jedoch nicht auf Stranggießanlagen 1 zum horizontalen Stranggießen beschränkt, sondern betrifft insbesondere auch Stranggießanlagen 1, die zum so genannten vertikalen Stranggießen ausgebildet sind, bei dem der Strang 9 vertikal durch eine Bodenöffnung der Kokille 3 aus der Kokille 3 zu der Strangführung 5 ausgegeben wird und die Strangführung 5 gebogen ausgeführt ist, so dass der Strang 9 entlang der Strangführung 5 von einer
horizontalen in eine vertikale Lage gebracht wird. Figur 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlungsvorrichtung 7 zur Sekundärkühlung eines
Strangs 9 in einer Stranggießanlage 1 in einer
perspektivischen Darstellung. Dabei ist nur ein Abschnitt des Strangs 9 dargestellt, der sich im Bereich der
Kühlungsvorrichtung 7 befindet. Ferner ist von diesem
Abschnitt des Strangs 9 und von dem
Kühlmittelverteilungssystem 15 der Kühlungsvorrichtung 7 nur jeweils ein Bereich dargestellt, der sich über eine Hälfte einer Breite des Strangs 9 von einem seitlichen
Strangrand 9.1 des Strangs 9 bis zu einer parallel zur
Transportrichtung 11 verlaufenden Mittelachse 9.2 des
Strangs 9 erstreckt. Über die andere Hälfte der Breite des Strangs 9 erstreckt sich ein weiterer Bereich des
Kühlmittelverteilungssystems 15, der ebenso ausgebildet ist wie der in Figur 2 dargestellte Bereich, wobei diese beiden Bereiche spiegelsymmetrisch sind bezüglich einer Spiegelung an einer Spiegelebene, die die Mittelachse 9.2 enthält und senkrecht zu einer Strangoberfläche 9.3 des Strangs 9 ist.
Die Kühlmittelauslässe 21 des Kühlmittelverteilungssystems 15 bilden mehrere Längsreihen entlang der Transportrichtung 11 des Strangs 9 hintereinander angeordneter
Kühlmittelauslässe 21. Dabei sind die Längsreihen quer zu der Transportrichtung 11 des Strangs 9 nebeneinander angeordnet, so dass Kühlmittelauslässe 21 verschiedener Längsreihen Querreihen quer zu der Transportrichtung 11 nebeneinander angeordneter Kühlmittelauslässe 21 bilden.
Im in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Kühlmittelverteilungssystem 15 acht nebeneinander angeordnete Längsreihen von Kühlmittelauslässen 21 auf, wobei jede
Längsreihe vier Kühlmittelauslässe 21 aufweist. Alternative Ausführungsbeispiele weisen eine von acht verschiedene Anzahl nebeneinander angeordneter Längsreihen von
Kühlmittelauslässen 21 oder/und wenigstens eine Längsreihe mit einer von Vier verschiedenen Anzahl von
Kühlmittelauslässen 21 auf. Jeder Kühlmittelauslass 21 bildet ein dem Strang 9
zugewandtes Ende eines Leitungsendsegments 17.1, das
senkrecht zu der Strangoberfläche 9.3 verläuft. Für jede Längsreihe von Kühlmittelauslässen 21 weist das
Kühlmittelverteilungssystem 15 ein parallel zur
Transportrichtung 11 verlaufendes Leitungslängssegment 17.2 auf, das die diese Kühlmittelauslässe 21 aufweisenden
Leitungsendsegmente 17.1 miteinander verbindet. Das
Kühlmittelverteilungssystem 15 weist ferner ein quer zur
Transportrichtung 11 verlaufendes Leitungsquersegment 17.4 auf, das mit jedem Leitungslängssegment 17.2 über jeweils ein senkrecht zur Strangoberfläche 9.3 verlaufendes
Leitungszwischensegment 17.3 verbunden ist. Jedes
Leitungsendsegment 17.1 weist ferner zur Ausgabe von
Kühlmittel 19 eine Auslassdüse 33 mit dem
Kühlmittelauslass 21 auf, siehe dazu Figur 3.
In jedem Leitungsendsegment 17.1 ist ein Schaltventil 23 angeordnet, mit dem eine Kühlmittelzufuhr von Kühlmittel 19 zu dem Kühlmittelauslass 21 dieses Leitungsendsegments 17.1 unterbrechbar ist. Jedes Schaltventil 23 ist dabei als ein Auf-/Zu-Ventil ausgebildet, das zwei Betriebszustände aufweist, wobei das Schaltventil 23 in einem ersten
Betriebszustand die Kühlmittelzufuhr zu dem
Kühlmittelauslass 21 freigibt und in dem zweiten
Betriebszustand die Kühlmittelzufuhr zu dem
Kühlmittelauslass 21 sperrt. Eine Veränderung des
Betriebszustands eines Schaltventils 23 wird hier als
Schalten des Schaltventils 23 bezeichnet; ein Schalten von dem ersten in den zweiten Betriebszustand wird als Schließen des Schaltventils 23 bezeichnet und ein Schalten von dem zweiten in den ersten Betriebszustand wird als Öffnen des Schaltventils 23 bezeichnet. Durch jedes Schaltventil 23 ist also genau ein Kühlmitteleinzelstrom Q ein- und abschaltbar, der von einem Kühlmittelauslass 21 ausgegeben wird. Die Schaltventile 23 sind über Steuerleitungen 25.1 bis 25.4 mit einer Steuereinheit 27 verbunden und durch die
Steuereinheit 27 schaltbar. Dabei verbindet jede
Steuerleitung 25.1 bis 25.4 die Schaltventile 23 einer
Längsreihe von Kühlmittelauslässen 21 mit der
Steuereinheit 27. Die Steuerleitungen 25.1 bis 25.4 können zumindest abschnittsweise in Rohren von
Leitungssegmenten 17.1 bis 17.4 verlaufen, vgl. die
Beschreibung von Figur 3 unten.
Die Schaltventile 23 sind als pneumatisch oder elektrisch oder elektromagnetisch oder hydraulisch schaltbare Ventile ausgebildet. Entsprechend sind die Steuerleitungen 25.1 bis 25.4 im Falle pneumatisch schaltbarer Schaltventile 23 pneumatische Druckluftleitungen, im Falle elektrisch oder elektromagnetisch schaltbarer Schaltventile 23 elektrische Leitungen und im Falle hydraulisch schaltbarer
Schaltventile 23 Hydraulikflüssigkeitsleitungen. Die Steuereinheit 27 ist dazu ausgebildet, die
Schaltventile 23 in einer unten beschriebenen Weise zu schalten .
Die Kühlungsvorrichtung 7 umfasst ferner eine
Druckerfassungsvorrichtung 29 zur Erfassung des
Kühlmitteldrucks P in dem Kühlmittelverteilungssystem 15. Die von der Druckerfassungsvorrichtung 29 erfassten Signale werden über eine Drucksignalleitung 31 der Steuereinheit 27 zugeführt. Die Steuereinheit 27 wertet diese Signale zu einer Analyse und Überprüfung von Funktionen der
Kühlungsvorrichtung 7, beispielsweise zur Ermittlung eines Verstopfungsgrades der Kühlmittelauslässe 21, aus.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines
Leitungsendsegments 17.1. Das Leitungsendsegment 17.1 umfasst ein Segmentrohr 35, einen Verbindungsflansch 37, ein
Schaltventil 23 und eine Auslassdüse 33. Der Verbindungsflansch 37 ist an einem ersten Ende des
Segmentrohrs 35 angeordnet und mit einem
Leitungslängssegment 17.2 verbindbar. An dem zweiten Ende des Segmentrohrs 35 ist das Schaltventil 23 angeordnet, das auf dieses Ende des Segmentrohrs 35 beispielsweise durch eine
Rohr-Ventil-Schraubverbindung 39, die von einem Außengewinde an der Außenoberfläche des Segmentrohrs 35 und einem
korrespondierenden Innengewinde des Schaltventils 23 gebildet wird, aufschraubbar ist.
Die Auslassdüse 33 weist eine Düsenspitze 33.1 mit einem Kühlmittelauslass 21 und einen Düsengrundkörper 33.2 auf. Der Düsengrundkörper 33.2 ist an dem Schaltventil 23 angeordnet und auf das Schaltventil 23 beispielsweise durch eine Ventil- Düse-Schraubverbindung 41, die von einem Außengewinde an der Außenoberfläche des Schaltventils 23 und einem
korrespondierenden Innengewinde des Düsengrundkörpers 33.2 gebildet wird, aufschraubbar. Die Düsenspitze 33.1 ist an dem Düsengrundkörper 33.2 angeordnet. Beispielsweise weist der Düsenkörper 33.2 ein Innengewinde auf, das zu einem
Außengewinde der Düsenspitze 33.1 korrespondiert, so dass die Düsenspitze 33.1 lösbar mit dem Düsenkörper 33.2 verbindbar ist. Dadurch kann durch einen Wechsel der Düsenspitze 33.1 vorteilhaft ein Strahlprofil eines von der Auslassdüse 33 ausgegebenen Kühlmittelstrahls verändert werden.
Das Segmentrohr 35 dient der Führung von Kühlmittel 19 zu dem Kühlmittelauslass 21 und der Führung eines Endabschnitts einer Steuerleitung 25.1 bis 25.4 zu dem Schaltventil 23. Dazu weist das Segmentrohr 35 beispielsweise ein Außenrohr und ein in dem Außenrohr verlaufendes Innenrohr auf, wobei zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr Kühlmittel 19 geführt wird und das Innenrohr den Endabschnitt einer
Steuerleitung 25.1 bis 25.4 bildet oder umgibt. Der
Verbindungsflansch 37 weist zwei Flanschöffnungen 37.1, 37.2 auf, wobei eine erste Flanschöffnung 37.1 der Zuführung von Kühlmittel 19 in das Segmentrohr 35 dient und die zweite Flanschöffnung 37.2 der Führung der Steuerleitung 25.1 bis 25.4 in das Segmentrohr 35 dient. Der Verbindungsflansch 37 weist ferner einen zwischen den Flanschöffnungen 37.1, 37.2 angeordneten Zentrierungsbolzen 42 auf, um das
Leitungsendsegment 17.1 einfacher montieren und ausrichten zu können.
Figur 4 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlungsvorrichtung 7 zur Sekundärkühlung eines
Strangs 9 in einer Stranggießanlage 1 in einer zu Figur 2 analogen perspektivischen Darstellung. Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass nicht in den Leitungsendsegmenten 17.1 jeweils ein Schaltventil 23 für einen Kühlmittelauslass 21 angeordnet ist, sondern dass für jede Längsreihe von
Kühlmittelauslässen 21 nur jeweils ein über eine
Steuerleitung 25.1 bis 25.4 mit der Steuereinheit 27
verbundenes Schaltventil 23 in einem
Leitungszwischensegment 17.3 angeordnet ist, so dass durch jedes dieser Schaltventile 23 eine Kühlmittelzufuhr von dem Leitungsquersegment 17.4 zu einem Leitungslängssegment 17.2 und allen damit verbundenen Leitungsendsegmenten 17.1 unterbrechbar ist. Ferner ist im Unterschied zu dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in jedem Leitungsendsegment 17.1 ein Rückschlagventil 43 angeordnet, um nach dem Sperren einer Kühlmittelzufuhr zu dem
Leitungsendsegment 17.1 durch das entsprechende
Schaltventil 23 eine Ausgabe von Kühlmittel 19, das sich in Leitungssegmenten 17.1 bis 17.3 zwischen dem Schaltventil 23 und Rückschlagventil 43 befindet, auf den Strang 9 zu verhindern .
Abgesehen von diesen Unterschieden ist die
Kühlungsvorrichtung 7 des in Figur 4 dargestellten
Ausführungsbeispiels analog zu dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Insbesondere sind die Schaltventile 23 wie die Schaltventile 23 des in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels als Auf- /Zu-Ventile ausgebildet, die durch die Steuereinheit 27 in unten näher beschriebener Weise schaltbar sind. Die
Leitungsendsegmente 17.1 weisen jeweils wiederum eine
Auslassdüse 33 auf, deren Düsenspitze 33.1 vorzugsweise austauschbar ausgeführt ist.
Gegenüber dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel erfordert das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel vorteilhaft weniger Schaltventile 23. Gegenüber dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ermöglicht das in den Figuren 2 und 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel jedoch eine höhere Taktfrequenz der pulsweitenmodulierten Schaltung der Schaltventile 23 (bei Verwendung gleichartiger Schaltventile 23 in beiden
Ausführungsbeispielen) , ermöglicht bei einer individuellen Ansteuerung der Schaltventile 23 eine flexiblere Steuerung der Kühlung und reduziert die Auswirkungen eines Ausfalls eines einzelnen Schaltventils 23, da sich ein solcher Ausfall auf einen kleineren Oberflächenbereich des Strangs 9
auswirkt.
Die Figuren 5 bis 7 illustrieren ein Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs 9 in einer Stranggießanlage 1 mit einer Kühlungsvorrichtung 7, die wie eines der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
ausgebildet ist.
Figur 5 zeigt ein Diagramm für einen Kühlmitteldruck P in Abhängigkeit von einen Kühlmitteleinzelstrom Q durch eine Auslassdüse 33 der Kühlungsvorrichtung 7, die wie eines der in den Figuren 2 und 4 darstellten Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Bei dem Kühlungsverfahren wird der von der Auslassdüse 33 durch den Kühlmittelauslass 21 abgegebene Kühlmitteleinzelstrom Q in wenigstens einem Strombereich AQ für seinen zeitlichen Mittelwert Q durch eine
pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils 23 ein- und abgeschaltet und somit selbst pulsweitenmoduliert, siehe Figur 6. In dem in Figur 5 dargestellten Beispiel wird dieser Strombereich Δζ) von einem Schwellenstrom Qs begrenzt, der zu einem Schwellendruck Ps korrespondiert. Darstellt sind ferner ein Maximaldruck PM und ein korrespondierender
Maximalstrom QM, für welche die Auslassdüse 33 ausgelegt ist.
Der Schwellenstrom Qs wird dabei derart vorgegeben, dass der Kühlmitteldruck P unterhalb des korrespondierenden
Schwellendrucks Ps nicht mehr ausreicht, um ein vorgesehenes Strahlprofil eines von der Auslassdüse 33 ausgegebenen
Kühlmittelstrahls, insbesondere einen vorgesehenen
Öffnungswinkel des Kühlmittelstrahls, zu realisieren, um einen ausreichend großen Bereich der Strangoberfläche 9.3 mit dem Kühlmittelstrahl abzudecken. Oberhalb des Schwellenstroms Qs werden die
Kühlmitteleinzelströme Q in der üblichen Weise, d. h. ohne Pulsweitenmodulation ausgegeben. Dazu werden die
Schaltventile 23 der zu erzeugenden Kühlmitteleinzelströme Q geöffnet und der Kühlmitteldruck P oder ein Kühlmittelstrom in dem Kühlmittelverteilungssystem 15 wird mittels eines Regelkreises 45 auf einen von den zu erzeugenden
Kühlmitteleinzelströmen Q abhängigen Sollwert geregelt, siehe dazu Figur 9. Figur 6 zeigt einen Verlauf eines pulsweitenmodulierten
Kühlmitteleinzelstroms Q einer Auslassdüse 33 in Abhängigkeit von einer Zeit t. Die Pulsweitenmodulation hat eine
Taktperiode der Periodenlänge T bzw. eine Taktfrequenz l/T. In dem dargestellten Beispiel hat der Kühlmitteleinzelstrom Q in einer ersten Hälfte jeder Taktperiode einen konstanten, von Null verschiedenen Strompulswert QP und verschwindet in der zweiten Hälfte jeder Taktperiode. Dementsprechend ist der zeitliche Mittelwert Q des Kühlmitteleinzelstroms Q in diesem Beispiel halb so groß wie der Strompulswert QP.
Durch die Pulsweitenmodulation können mit einem Strompulswert QP, der größer als der Schwellenstrom Qs ist, Mittelwerte Q eines Kühlmitteleinzelstroms Q realisiert werden, die kleiner als der Schwellenstrom Qs sind. Mit anderen Worten können Kühlmitteleinzelströme Q realisiert werden, deren zeitliche Mittelwerte Q kleiner als der Schwellenstrom Qs sind und die dennoch ein vorgesehenes Strahlprofil eines von der
Auslassdüse 33 ausgegebenen Kühlmittelstrahls erzeugen.
Figur 7 zeigt diagrammatisch zeitliche Verläufe von
Kühlmittelströmen Gh bis Q und eines Kühlmittelgesamtstroms QG, die von einer Kühlungsvorrichtung 7 zur Sekundärkühlung eines Strangs 9 in einer Stranggießanlage 1 infolge einer pulsweitenmodulierten Schaltung der Schaltventile 23
ausgegeben werden. Dabei ist die Kühlungsvorrichtung 7 wie eines der in den Figuren 2 oder 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele ausgebildet, wobei sich Figur 7 zur Vereinfachung der Darstellung auf eine Kühlungsvorrichtung 7 mit nur vier Längsreihen von Kühlmittelauslässen 21 statt wie in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 4 acht
Längsreihen bezieht (Figur 7 kann auch zeitliche Verläufe von Kühlmittelströmen Gh bis Q und eines Kühlmittelgesamtstroms QG der in den Figuren 2 oder 4 dargestellten Hälften der jeweiligen Kühlungsvorrichtungen 7 darstellen, wobei die jeweils nicht dargestellten anderen Hälften analog gesteuert werden) .
Die Kühlmittelströme Gh bis Q werden jeweils von allen
Kühlmittelauslässen 21 einer Längsreihe zusammen ausgegeben und sind daher jeweils eine Summe der
Kühlmitteleinzelströme Q der Kühlmittelauslässe 21 einer Längsreihe, wobei die Kühlmitteleinzelströme Q jeweils analog zu Figur 6 pulsweitenmoduliert sind. Der
Kühlmittelgesamtstrom QG wird von den Kühlmittelauslässen 21 aller dieser Längsreihen zusammen ausgegeben und ist die Summe der Kühlmittelströme Qi bis Q4 .
Die Schaltventile 23 werden von der Steuereinheit 27
pulsweitenmoduliert mit einer Taktperiode der Periodenlänge T bzw. mit einer Taktfrequenz 1/T geschaltet. Dabei werden die Schaltventile 23 für die verschiedenen Längsreihen von Kühlmittelauslässen 21 zeitversetzt zueinander geschaltet, so dass der Kühlmittelgesamtstrom QG zeitlich konstant ist. In dem in Figur 7 dargestellten Beispiel werden die
Schaltventile 23 derart geschaltet, dass ein erster
Kühlmittelstrom Gh während einer zweiten Hälfte jeder
Taktperiode verschwindet, ein zweiter Kühlmittelstrom Q2 während eines ersten und letzten Viertels jeder Taktperiode verschwindet, ein dritter Kühlmittelstrom Q3 während der ersten Hälfte jeder Taktperiode verschwindet, ein vierter Kühlmittelstrom Q4 während eines zweiten und dritten Viertels jeder Taktperiode verschwindet und die Kühlmittelströme Gh bis Q4 in den verbleibenden Zeiten einen konstanten, für alle Längsreihen gleichen, von Null verschiedenen Wert annehmen, der halb so groß wie der Kühlmittelgesamtström QG ist.
Der Kühlmittelgesamtstrom QG wird dabei bei der
Pulsweitenmodulation auf einen vorgegebenen Sollwert
geregelt. Dazu wird ein Istwert des Kühlmittelgesamtstroms QG ermittelt und ein Tastgrad D und die Periodenlänge T der Pulsweitenmodulation werden in Abhängigkeit von einer
Abweichung des ermittelten Istwertes von dem Sollwert geregelt. Unter dem Tastgrad D der Pulsweitenmodulation wird wie üblich das Verhältnis einer Pulsdauer während einer Taktperiode zu der Periodenlänge T verstanden. In den in den Figuren 6 und 7 dargestellten Beispielen beträgt der
Tastgrad D beispielsweise jeweils 50%. Um den Istwert des Kühlmittelgesamtstroms QG zu ermitteln, werden beispielsweise jeweils Kühlmitteldrücke P in Leitungssegmenten 17.1 bis 17.4, über die Kühlmitteleinzelströme Q ausgegeben werden, erfasst und daraus mittels Strom-Druck-Kennlinien auf die jeweils ausgegebenen Kühlmitteleinzelströme Q geschlossen. Der Istwert des KühlmittelgesamtStroms QG wird dann als Summe dieser Kühlmitteleinzelströme Q, jeweils multipliziert mit dem jeweiligen Tastgrad D der Pulsweitenmodulation, gebildet.
Figur 8 zeigt den Tastgrad D der Pulsweitenmodulation eines Kühlmitteleinzelstroms Q in Abhängigkeit von dem Mittelwert Q des Kühlmitteleinzelstroms Q in dem Strombereich AQ . In dem Strombereich AQ liegende zeitliche Mittelwerte Q der
Kühlmitteleinzelströme Q werden erzeugt, indem der
Kühlmitteldruck P in dem Kühlmittelverteilungssystem 15 auf einen konstanten Druckwert, der mindestens so groß wie der Schwellendruck Ps ist, eingestellt wird und jeder
Kühlmitteleinzelstrom Q durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils 23 mit einem von dem zu erzeugenden Mittelwert Q abhängigen Tastgrad D
pulsweitenmoduliert wird. Der Tastgrad D steigt daher innerhalb des Strombereichs AQ mit steigendem Mittelwert Q bis zu einem Tastgradendwert Dm an. Im Fall, dass der Kühlmitteldruck P in dem Kühlmittelverteilungssystem 15 auf den Schwellendruck Ps eingestellt wird, nimmt der
Tastgradendwert Dm beispielsweise den Wert 1 an. Wenn der Kühlmitteldruck P in dem Kühlmittelverteilungssystem 15 auf einen größeren Druckwert eingestellt wird, ist der
Tastgradendwert Dm entsprechend kleiner.
Bei dem Kühlungsverfahren wird ferner eine Auswahl von Kühlmittelauslässen 21, durch die Kühlmitteleinzelströme Q ausgegeben werden, in Abhängigkeit von einer Breite des Strangs 9 getroffen. Dabei werden durch
Kühlmittelauslässe 21, die zur Kühlung des Strangs 9 nicht benötigt werden, da sie sich neben der Strangoberfläche 9.3 befinden, beispielsweise nur jeweils Ausblasluft in einer Pulspause oder ein kurzer Wasserpuls abgegeben, um ein Verstopfen dieser Kühlmittelauslässe 21 zu verhindern.
Figur 9 zeigt einen Regelkreis 45 zur Regelung eines
Kühlmitteldrucks P oder Kühlmittelstroms in dem
Kühlmittelverteilungssystem 15, um Kühlmitteleinzelströme Q zu erzeugen, die größer als der Schwellenstrom Qs sind. Die Regelgröße R des Regelkreises 45 ist daher der
Kühlmitteldruck P oder Kühlmittelstrom in dem
Kühlmittelverteilungssystem 15. Eine Führungsgröße S des Regelkreises 45 ist dementsprechend ein von den
Kühlmitteleinzelströmen Q abhängiger Sollwert des
Kühlmitteldrucks P oder Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem 15. Der Regelkreis 45 umfasst einen Regler 47, eine Regelstrecke 49 und ein Messglied 51. Der Regler 47 ist eine Pumpe zur direkten Erzeugung eines Kühlmitteldrucks P oder Kühlmittelstroms in dem
Kühlmittelverteilungssystem 15, oder eine Pumpe mit einem ihr nachgeschalteten Druck- oder Stromregler zur Reduzierung eines von der Pumpe erzeugten Kühlmitteldrucks P oder
Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem 15. Die Regelstrecke 49 ist das Kühlmittelverteilungssystem 15. Das Messglied 51 ist eine Druckerfassungsvorrichtung 29 zur Erfassung des Kühlmitteldrucks P oder eine
Stromerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines
Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem 15. Zur Regelung der Regelgröße R wird eine Regelabweichung E der Regelgröße R von der Führungsgröße S gebildet. Der Regler 47 erzeugt eine von der Regelabweichung E abhängige
Stellgröße U, um die Regelabweichung B zu reduzieren.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs- beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
I Stranggießanlage
3 Kokille
4 Oszillationseinrichtung
5 Strangführung
7 Kühlungsvorrichtung
9 Strang
9.1 Strangrand
9.2 Mittelachse
9.3 Strangoberfläche
II Transportrichtung
13 Strangführungsrolle
15 Kühlmittelverteilungssystem 17.1 Leitungsendsegment
17.2 Leitungslängssegment
17.3 Leitungszwischensegment
17.4 Leitungsquersegment
19 Kühlmittel
21 Kühlmittelauslass
23 Schaltventil
25.1 bis 25.4 Steuerleitung
27 Steuereinheit
29 Druckerfassungsvorrichtung 31 Drucksignalleitung
33 Auslassdüse
33.1 Düsenspitze
33.2 Düsenkörper
35 Segmentrohr
37 Verbindungsflansch
37.1, 37.2 Flanschöffnung
39 Rohr-Ventil-Schraubverbindung
41 Ventil-Düse-Schraubverbindung
42 Zentrierungsbolzen 43 Rückschlagventil
45 Regelkreis
47 Regler
49 Regelstrecke
51 Messglied
D Tastgrad
Dm Tastgradendwert
E Regelabweichung
P Kühlmitteldruck Ps Schwellendruck
PM Maximaldruck
R Regelgröße
Q Kühlmitteleinzelstrom
QP Strompulswert
Qi bis Q4 Kühlmittelstrom
QG Kühlmittelgesamtstrom
Qs Schwellenstrom
QM Maximalström
AQ Strombereich
Q Mittelwert
S Führungsgröße t Zeit
T Periodenlänge
U Stellgröße

Claims

Patentansprüche
1. Kühlungsvorrichtung (7) zur Sekundärkühlung eines
Strangs (9) in einer Strangführung (5) einer
Stranggießanlage (1), die Kühlungsvorrichtung (7) umfassend
- ein Kühlmittelverteilungssystem (15) mit
Leitungssegmenten (17.1 bis 17.4) zur Leitung eines
Kühlmittels (19) und mehreren über die Strangführung (5) verteilten Kühlmittelauslässen (21) zur Ausgabe jeweils eines Kühlmitteleinzelstroms (Q) auf den Strang (9),
- wenigstens ein Schaltventil (23) , mit dem wenigstens ein Kühlmitteleinzelstrom (Q) ein- und abschaltbar ist,
- eine Steuereinheit (27), die zu einer Pulsweitenmodulation wenigstens eines Kühlmitteleinzelstroms (Q) in einem
Strombereich (AQ) für einen zeitlichen Mittelwert (Q) des Kühlmitteleinzelstroms (Q) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils (23) ausgebildet ist
- und einen Regelkreis (45) zur Regelung eines
Kühlmitteldrucks (P) oder Kühlmittelstroms in dem
Kühlmittelverteilungssystem (15) .
2. Kühlungsvorrichtung (7) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein pneumatisch oder elektrisch oder elektromagnetisch oder hydraulisch schaltbares
Schaltventil (23) .
3. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen von einer Auslassdüse (33) gebildeten Kühlmittelauslass (21) .
4. Kühlungsvorrichtung (7) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens eine Auslassdüse (33) eine austauschbare Düsenspitze (33.1) aufweist.
5. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem
Schaltventil (23) genau ein Kühlmitteleinzelstrom (Q) ein- und abschaltbar ist.
6. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einem
Schaltventil (23) mehrere Kühlmitteleinzelströme (Q) ein- und abschaltbar sind.
7. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Längsreihe mehrerer entlang einer Transportrichtung (11) des Strangs (9) hintereinander angeordneter Kühlmittelauslässe (21) .
8. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Querreihe mehrerer quer zu einer Transportrichtung (11) des Strangs (9) nebeneinander angeordneter Kühlmittelauslässe (21) .
9. Kühlungsvorrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
Druckerfassungsvorrichtung ( 29) zur Erfassung eines
Kühlmitteldrucks (P) oder einen Durchflussmesser zur
Erfassung eines Kühlmittelstroms in dem
KühlmittelverteilungsSystem (15) .
10. Kühlungsverfahren zur Sekundärkühlung eines Strangs (9) in einer Strangführung (5) einer Stranggießanlage (1) durch eine Kühlungsvorrichtung (7) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die Kühlungsvorrichtung (7) umfassend:
- ein Kühlmittelverteilungssystem (15) mit Leitungssegmenten (17.1 bis 17.4) zur Leitung eines Kühlmittels (19) und mehreren über die Strangführung (5) verteilten
Kühlmittelauslässen (21) zur Ausgabe jeweils eines
Kühlmitteleinzelstroms (Q) auf den Strang (9),
- wenigstens ein Schaltventil (23) , mit dem wenigstens ein Kühlmitteleinzelstrom (Q) ein- und abschaltbar ist,
- eine Steuereinheit (27), die zu einer Pulsweitenmodulation wenigstens eines Kühlmitteleinzelstroms (Q) in einem
Strombereich (AQ) für einen zeitlichen Mittelwert (Q) des Kühlmitteleinzelstroms (Q) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils (23) ausgebildet ist,
- und einen Regelkreis (45) zur Regelung eines
Kühlmitteldrucks (P) oder Kühlmittelstroms in dem
Kühlmittelverteilungssystem (15) , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Regeln eines Kühlmitteldrucks (P) oder eines
Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelverteilungssystem (15),
- Ansteuern wenigstens eines Schaltventils (23) zum Ein- und Abschalten von wenigstens einem Kühlmitteleinzelstrom (Q) , wobei ein Schwellenstrom (Qs) für zeitliche Mittelwerte (Q) von zumindest einem Kühlmitteleinzelstrom (Q) und ein unterhalb des Schwellenstroms (Qs) liegender Strombereich (AQ) vorgegeben werden,
- wobei in dem Strombereich (AQ) liegende zeitliche
Mittelwerte (Q) von Kühlmitteleinzelströmen (Q) mit 0 < Q < Qs erzeugt werden, indem ein Kühlmitteldruck (P) in dem
Kühlmittelverteilungssystem (15) auf einen konstanten
Druckwert eingestellt wird und jeder
Kühlmitteleinzelstrom (Q) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Schaltventils (23) mit einem von dem zu erzeugenden Mittelwert (Q) abhängigen Tastgrad (D)
pulsweitenmoduliert wird,
- und wobei außerhalb des Strombereichs (AQ) liegende
Kühlmitteleinzelströme (Q) mit Q > Qs erzeugt werden, indem die Schaltventile (23) dieser Kühlmitteleinzelströme (Q) geöffnet werden und der Kühlmitteldruck (P) oder ein
Kühlmittelstrom in dem Kühlmittelverteilungssystem (15) mit dem Regelkreis (45) auf einen von den zu erzeugenden
Kühlmitteleinzelströmen (Q) abhängigen Sollwert geregelt wird .
11. Kühlungsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Kühlmitteleinzelströme (Q) in dem Strombereich (AQ) für ihre zeitlichen Mittelwerte (Q) derart pulsweitenmoduliert werden, dass ein von allen diesen Kühlmitteleinzelströmen (Q) zusammen gebildeter Kühlmittelgesamtström (QG) zeitlich konstant ist.
12. Kühlungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Kühlmitteleinzelströme (Q) in dem Strombereich (AQ) für ihre zeitlichen Mittelwerte (Q) derart pulsweitenmoduliert werden, dass ein von allen diesen Kühlmitteleinzelströmen (Q) zusammen gebildeter Kühlmittelgesamtström (QG) auf einen Sollwert geregelt wird, wobei ein Istwert des
Kühlmittelgesamtstroms (QG) ermittelt wird und ein
Tastgrad (D) und eine Periodenlänge (T) einer Taktperiode der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit von einer Abweichung des ermittelten Istwertes von dem Sollwert geregelt werden.
13. Kühlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswahl von
Kühlmittelauslässen (21), durch die
Kühlmitteleinzelströme (Q) ausgegeben werden, in Abhängigkeit von einer Breite des Strangs (9) getroffen wird.
14. Kühlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmitteldruck (P) in dem Kühlmittelverteilungssystem (15) erfasst und zur Ermittlung eines Verstopfungsgrades wenigstens eines
Kühlmittelauslasses (21) ausgewertet wird.
15. Kühlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz f = 1/T proportional zur Gießgeschwindigkeit der Stranggießanlage eingestellt wird.
16. Kühlungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Tastgrad D bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten konstant gehalten und der
Kühlmitteleinzelstrom (Q) durch einen
Kühlmittelauslasses (21) proportional zur Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
17. Kühlungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastgrad D bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten konstant gehalten und der
Kühlmitteldruck (P) proportional zum Quadrat der
Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
18. Kühlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteldruck (P) oder der Kühlmittelstrom im Kühlmittelverteilungssystem (15) derart eingestellt wird, dass sich im Kühlmittelauslass (21) eine turbulente Strömung mit Re > 2300 einstellt.
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