铸轧设备的模拟的制作方法
【专利摘要】借助相应的旋转元件模型(16)，根据每单位时间由浇铸装置的相应的旋转元件(3，5)与其周围环境总体交换的焓量(E1+E2)、与金属(8)的相应的接触时间(t2)和相应的循环时间(t1)，计算机(11)分别确定旋转元件(3，5)的相应表面元件(6)沿着相应旋转轨道所产生的温度(TO)和在相应的表面元件(6)上的抽取点(P2)的区域中形成的旋转元件形状(dU)。借助相应的冶金学凝固模型(17)，根据金属温度(T)、表面元件(6)的产生的温度(TO)、旋转元件形状(dU)和金属(8)本身规定的特征参量(K)，在使用模拟从锭模区域(2)到相应的表面元件(6)中的热传导的相应热传导模型(19)的情况下，计算机(11)分别确定了位于锭模区域(2)中的、邻接相应的表面元件(6)的金属(8)的温度(TM)和从邻接相应的表面元件(6)的金属(8)到相应的表面元件(6)中的热流(F)。由此，计算机结合表面元件(6)的旋转速度(v)确定在抽取点(P2)处形成的相应的连铸坯壳厚度(dS)。借助成带模型(20)，根据温度(TM)、连铸坯壳厚度(dS)及旋转元件形状(dU)，计算机(11)确定从锭模区域(2)中抽出的金属带(1)的厚度(d)和/或温度(T′)。
【专利说明】铸轧设备的模拟
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对于借助浇铸装置浇铸的、具有带宽的金属带的厚度和/或温度的确定方法，
[0002]-其中浇铸装置具有锭模区域，具有金属温度的金属浇铸到该锭模区域中，该金属温度高于金属的凝固温度，
[0003]-其中浇铸装置具有多个分别在一侧界定了锭模区域的旋转元件，
[0004]-其中每个旋转元件具有表面元件，其以相应的旋转速度沿着相应的旋转轨道循环地运动，
[0005]-其中
[0006]一相应的旋转元件的表面元件在相应的浸入点处浸入到位于锭模区域中的金属内，
[0007]—在表面元件继续向前运动期间，金属在已浸入的表面元件上凝固成相应的连铸?壳，
[0008]—表面元件在抽取点处结束与相应的连铸坯壳的接触，
[0009]一金属带在抽取点处从锭模区域中抽出，并且
[0010]-连铸坯壳是金属带的组成部分，
[0011 ]-其中相应的旋转元件的表面元件
[0012]-对于沿着相应的旋转轨道的完整的环绕而言需要相应的循环时间并且
[0013]一对于从相应的浸入点到相应的抽取点的向前运动而言需要相应的接触时间，
[0014]-其中，除了通过位于锭模区域中的金属所引起的焓输入之外，旋转元件在每个单位时间还与其周围环境交换相应的焓量。
[0015]此外，本发明还涉及一种包括机器代码的计算机程序模块，机器代码可以由计算机直接处理并且通过计算机处理该机器码促使了计算机实施此种确定方法。
[0016]此外，本发明还涉及一种利用该计算机程序模块来编程的计算机。
[0017]此外，本发明涉及一种用于浇铸具有带宽的金属带的浇铸装置，
[0018]-其中浇铸装置具有锭模区域，具有金属温度的金属浇铸到该锭模区域中，该金属温度高于金属的凝固温度，
[0019]-其中该浇铸装置具有多个分别在一侧界定锭模区域的旋转元件，
[0020]-其中每个旋转元件具有表面元件,其以相应的旋转速度循环地沿着相应的旋转轨道运动，
[0021]-其中相应的旋转元件的表面元件在相应的浸入点处浸入到位于锭模区域中的金属内，并且金属带在抽取点处从锭模区域中抽出，
[0022]-其中该浇铸装置对应于所述类型的计算机。
【背景技术】
[0023]由EP O 736 350 BI已知了一种双轧辊-浇铸装置，其中检测所浇铸的带材的轮廓并且跟踪局域热流系数，以便使浇铸的轮廓接近于额定轮廓。此外，根据经过浇铸轧辊的热流，借助模型确定所产生的隆起。根据穿流过轧辊的冷却介质的量和其温度差来确定经过轧辊的热流。
[0024]从WO 03/045607 A2中已知一种双轧辊-浇铸装置，其中为了调整结构并且影响金属带的轮廓进行模型辅助的确定。
[0025]这两种方法都需要大规模地设置具有传感部件的浇铸装置，所述传感部件布置得越接近可浇铸的金属或者布置地越接近还是浇铸温度的已浇铸的连铸坯，其越容易受到干扰。
[0026]显然可以在更远的地方布置传感部件。然而在这种情况下提高了无效时间，直至传感部件可以检测控制干涉的作用时，该无效时间才消失。
【发明内容】
[0027]本发明的目的在于，提供一种可行性，借助该可行性可以在没有明显延迟的情况下预测所浇铸的金属带的温度和/或厚度，而无需将传感器置于恶劣的浇铸工作条件中_特别是闻温中_。
[0028]所述目的通过具有权利要求1所述的特征的确定方法来实现。根据本发明的运行方法的优选设计方案是从属权利要求2至11的内容。
[0029]根据本发明提出，如下地设计开头所述类型的确定方法，
[0030]-为计算机输入
[0031 ]-在每个单位时间浇铸到锭模区域中的金属量和金属温度、
[0032]—金属本身规定的特征参量以及
[0033]一对于每个旋转元件的相应循环时间、相应接触时间和在每个单位时间由相应的旋转元件与其周围环境所交换的焓量，
[0034]-计算机执行浇铸装置的浇铸模型，
[0035]-该浇铸模型包括成带模型，以及对于每个旋转元件而言包括相应的旋转元件模型和相应的冶金学凝固模型，
[0036]-计算机借助相应的旋转元件模型，根据
[0037]—在每个单位时间通过位于锭模区域中的金属所引起的焓输入，
[0038]—在每个单位时间由相应的旋转元件与其周围环境所交换的j:含量，
[0039]—相应的循环时间和
[0040]—相应的接触时间
[0041]分别确定相应的表面元件的沿着相应的旋转轨道所产生的温度，并且确定在相应的表面元件处的抽取点区域中形成的旋转元件形状，
[0042]-计算机借助相应的冶金学凝固模型，根据
[0043]—金属温度、
[0044]-相应的表面元件的沿着相应的旋转轨道所产生的温度、
[0045]—在抽取点的区域中形成的相应的旋转元件形状和
[0046]—金属本身规定的特征参量
[0047]在使用模拟了从锭模区域到相应的表面元件中的热传导的相应的热传导模型的情况下，分别
[0048]-确定位于锭模区域中的、邻接相应的表面元件上的金属的温度和
[0049]—确定从邻接相应的表面元件的金属到相应的表面元件中的热流
[0050]一并且由此结合表面元件的旋转速度，确定在抽取点处形成的相应的连铸坯壳厚度，
[0051]-计算机借助成带模型根据连铸坯壳厚度和旋转元件形状确定出从锭模区域中抽出的金属带的厚度，和/或根据位于锭模区域中的、邻接相应的表面元件的金属的温度，计算机针对抽取点确定在该处的金属带的温度，
[0052]-计算机继续使用所确定的厚度和/或所确定的温度，或者为其他的应用提供所述厚度和/或温度。
[0053]在本发明的一个优选设计方案中提出，
[0054]-浇铸模型附加地包括池模型，
[0055]-计算机借助池模型，根据
[0056]—金属温度、
[0057]一对于每个旋转元件而言相应的表面元件的沿着相应的旋转轨道所产生的温度、
[0058]-对于每个旋转元件而言在抽取点区域中形成的相应的旋转元件形状、
[0059]一对于每个旋转元件而言在每个单位时间由相应的旋转元件与其周围环境所交换的相应的焓量、
[0060]—金属本身规定的特征参量
[0061]-结合锭模区域的几何属性
[0062]在使用热传导模型的情况下确定金属的、至少二维空间解析的金属温度分布作为锭模区域中的位置的函数，并且
[0063]-计算机在使用金属的所确定的金属温度分布的情况下确定位于锭模区域中的、邻接相应的表面元件的金属的温度。
[0064]通过这种设计方案可以更好地模拟位于锭模区域中的金属的温度状态。
[0065]优选地提出，
[0066]-在相应的旋转元件模型的范畴中，对于相应的旋转元件而言，计算机根据
[0067]-在每个单位时间相应的旋转元件与其周围环境所交换的焓量、
[0068]—相应的循环时间和
[0069]—相应的接触时间
[0070]确定旋转元件温度分布作为至少在旋转方向上和在垂直于表面元件的表面延伸的纵深方向上的位置的函数，并且
[0071]-计算机在考虑旋转元件温度分布的情况下确定相应的旋转元件形状。
[0072]通过这种方法能够以相对简单的方式确定相应的旋转元件形状。特别可行的是，计算机通过旋转元件温度分布在纵深方向上的积分来确定相应的旋转元件形状。
[0073]优选地，热传导模型构造成至少在带宽方向是空间解析的、可参数化的热传导模型。在这种情况中，不仅可以确定金属带的平均厚度，还可以确定其轮廓。因此，这是特别有利的，因为在后续轧制所浇铸的金属带时，必须保持其平整性，并且平整性与轮廓会彼此相关地互相影响。
[0074]优选地提出，
[0075]-检测从锭模区域中抽出的金属带的实际厚度和/或实际温度，并且
[0076]-根据所检测的实际厚度和/或所检测的实际温度与所确定的厚度和/或所确定的温度的比较，使热传导模型适配。
[0077]通过这种方法，浇铸模型随着时间的推移总是更好地与实际的状态相匹配。
[0078]优选地提出，将浇铸装置的几何参数作为参数输入给计算机，并且在确定金属带的厚度和/或温度时，计算机考虑输入给它的几何参数。通过这种方法，根据本发明的确定方法特别灵活。参数和变量、例如接触时间或循环时间之间的区别在于，参数一次性地预设给计算机并且然后保持不变，而变量在进行着的运行中随时可以改变。
[0079]可行的是，根据本发明的确定方法作为纯观测器来运行。然而，优选地提出，
[0080]-将所确定的厚度和/或所确定的温度与额定厚度和/或额定温度相比较，并且
[0081]-根据该比较，为影响了实际厚度和/或实际温度的调节装置确定至少一个调节参量，并且根据所确定的调节参量驱控调节装置。
[0082]此外，根据本发明的目的通过开头所述类型的计算机程序模块来实现。在这种情况下如下地设置计算机程序模块，即计算机执行具有根据本发明的确定方法的所有步骤的确定方法。
[0083]此外，所述目的通过一种利用根据本发明的计算机程序模块来编程的计算机来实现。
[0084]此外，所述目的通过开头所述类型的浇铸装置来实现，其中计算机根据本发明构造而成。
【专利附图】
【附图说明】
[0085]结合下面联系附图详细阐述的实施例的说明，本发明的上述属性、特征和优点以及如何实现这些的方式方法会更清晰易懂。此时以示意图示出:
[0086]图1是双轧辊-浇铸机的侧视图，
[0087]图2是图1所示浇铸机的俯视图，
[0088]图3是单轧辊-浇铸机的侧视图，
[0089]图4是带浇铸机的侧视图，
[0090]图5是旋转元件的模型图，
[0091]图6是计算布置，
[0092]图7是控制布置，
[0093]图8是可行的旋转元件模型，
[0094]图9是图1的变型，并且
[0095]图10是图6的变型。
【具体实施方式】
[0096]根据图1和2，浇铸装置具有用于浇铸金属带I的锭模区域2。根据图1，该浇铸装置构造成双轧辊-浇铸机。因此它具有两个主要为柱形的轧辊3，所述轧辊彼此反向地旋转并且在两个相对置的侧面处界定锭模区域2。锭模区域2的其它两个侧面由侧壁4界定。
[0097]根据图3，浇铸装置可以替代性地构造成单轧辊-浇铸机。在此情况下，浇铸机具有唯一的轧辊3，该轧辊邻接锭模区域2。其它的三个侧面在此情况下由侧壁4界定。
[0098]在本发明的意义上，轧辊3 (或者由图3所示的浇铸机的情况下的唯一的轧辊3)相当于旋转元件。然而旋转元件3不必强制地构造成轧辊形。因为根据图4，浇铸装置可以替代性地构造为带浇铸机。在这种情况下，所述(唯一的)旋转元件构造成旋转的带5，后面为了在语言上与金属带I区分而标识成浇铸带5。在本设计方案中，通过侧壁4界定锭模区域2的其它侧面。
[0099]因此，无关于具体的结构，浇铸装置具有多个(即一个或两个)旋转元件3，5，其中每个旋转元件3，5分别在一侧界定了锭模区域2。
[0100]旋转元件3，5分别具有多个表面元件6。在浇铸轧辊的情况下(根据图1，2和3的设计方案)，根据图5，表面元件6是相应的浇铸轧辊3的部段。在带浇铸机的情况下，表面元件6是旋转带5的各个构件7 (或者各个构件7的部件)。无关于浇铸机的具体结构，表面元件6以相应的旋转速度V沿着相应的旋转轨道循环地运动。在浇铸轧辊3的情况中，相应的旋转速度V等于例如相应的浇铸轧辊3的角频率和其半径的乘积。
[0101]在锭模区域2中浇铸具有金属温度T的金属8。金属8可以例如是钢、铜、招、黄铜或者其它金属。然而，无论是哪种金属，金属温度T都高于相应的金属8的凝固温度。因此，金属8要么是纯熔液要么是固液混合物。
[0102]在锭模区域2中浇铸的金属8在锭模区域2内延伸直至浇铸水准面9。旋转元件3，5的表面元件6在相应的浸入点Pl处浸入到位于锭模区域2中的金属8内。然后，其在锭模区域2内继续运动直至抽取点P2。在表面元件6沿着锭模区域2前进运动期间，金属8在浸入的表面元件6上凝固成相应的连铸坯壳10。当表面元件6到达抽取点P2时，它结束与相应的连铸坯壳10的接触。在该点-抽取点P2-处将金属带I从锭模区域2中抽出。
[0103]连铸坯壳10是金属带I的组成部分。在双轧辊-浇铸机的情况下(图1和2)，两个连铸坯壳10是浇铸的金属带I的组成部分。它们在(共同的)抽取点P2处或在其附近彼此焊接。在单轧辊浇铸机(图3)和带浇铸机(图4)的情况下，唯一的连铸坯壳10形成了金属带I。
[0104]如已述,表面元件6沿着为相应的旋转元件3,5规定的旋转轨道循环地旋转。对于一次旋转，其需要相应的循环时间tl。此外，对于从相应的浸入点Pl向前运动至抽取点P2，其需要相应的接触时间t2。
[0105]金属8通常是极热的，例如在钢的情况下时，热度超过1200°C，大多数时甚至高于1500°C。因此通过将金属8浇铸到锭模区域2中，向旋转元件3，5中输入了显著的焓量。这种焓输入El必须通过冷却来补偿。为了该目的，通常-见图2-通过导入和导出冷却介质10'(例如水)进行对浇铸轧辊3或者更普遍的旋转元件3，5的内冷却。此外-在例外的情况下替代内冷却，但通常作为附加地-根据图1可以进行对旋转元件3，5的外冷却，例如用水或-优选地-惰性的低温冷却介质10"。此外，旋转元件3，5还将热量辐射到其周围环境中。最后-在非常特殊的情况下-可行的是，从外部加热旋转元件3，5。
[0106]但是，无论提供哪种焓影响，除了通过位于锭模区域2中的金属8进行如开头所述的焓输入El外，旋转元件3，5在每个单位时间与其周围环境交换相应的焓量E2。
[0107]所浇铸的金属带I具有带宽b。通过结构性地设定浇铸装置来确定该带宽b。在浇铸过程期间，带宽b不可以改变。此外，所浇铸的金属带I具有厚度d。厚度d可以被影响。该厚度d-特别是作为关于带宽b的函数并且或许也作为关于带长的函数-表示所浇铸的金属带I的重要目标参量。类似地，所浇铸的金属带I的温度T'也是可以被影响的重要目标参量。
[0108]金属带I的厚度d和/或温度T'应当以运算技术来确定。为了该目的，浇铸装置对应于计算机11。该计算机是用计算机程序模块12编程的。计算机程序模块12例如可以通过移动数据载体13输送给计算机11，计算机程序12以机器可读的形式存储在该移动数据载体上。该计算机程序模块12包括可以由计算机11直接处理的机器码14。通过计算机11处理机器码14引起计算机11实施了对于所浇铸的金属带I的温度T'和/或厚度d的确定方法，下面详细阐述该方法。
[0109]根据图6，为计算机输入关于金属8的不同信息。此处涉及下述参量:
[0110]-在每个单位时间浇铸到锭模区域2中的金属8的量M。
[0111]-金属8的温度T,即金属温度T。
[0112]-金属8本身规定的特征参量K。特征参量K可以包括例如金属8的化学成分、凝固温度、密度、特定的熔化焓等。
[0113]此外，为计算机11输入与每个旋转元件3，5有关的信息。在此，每个旋转元件3，5涉及下列参量:
[0114]-循环时间tl、
[0115]-接触时间t2和
[0116]-在每个单位时间由相应的旋转元件3，5与其周围环境所交换的焓量E2。
[0117]根据图6，计算机11实现了浇铸装置的浇铸模型15。借助浇铸模型15，计算机11确定从锭模区域2中抽出的金属带I的温度T'和/或厚度d。
[0118]根据图6,对于每个旋转元件3, 5,烧铸模型15包括相应的旋转元件模型16。如果存在多个这种模型16，用于各个旋转元件3，5的旋转元件模型16可以构造成相同的。然而无论如何，必须彼此独立地计算并且或许也彼此独立地参数化这些模型。
[0119]为相应的旋转元件模型16输入以下的、与相对应的旋转元件3,5相关的参量:
[0120]-在每个单位时间通过位于锭模区域2中的金属所引起的焓输入E1。计算机11可以例如根据金属8的量M、温度T和特征参量K确定焓输入El。
[0121]-在每个单位时间由相应的旋转元件3，5与其周围环境所交换的焓量E2。
[0122]-相应的循环时间tl和
[0123]-相应的接触时间t2。
[0124]根据所述参量，计算机11借助相应的旋转元件模型16分别确定相应表面元件6的沿着相应的旋转轨道所产生的温度TO作为时间的函数，或者-此时相对应地-作为相应的旋转轨道上的位置、即沿着相应的旋转轨道的位置的函数。至少对于从浸入点Pi至抽取点P2的部段，通常甚至对于完整的旋转实现确定温度T0。
[0125]此外,根据所述参量E2, tl, t2,计算机11借助相应的旋转元件模型16确定相应的旋转元件形状dU，其在相对应的表面元件6中的抽取点P2的区域中-最佳地-就在抽取点P2自身处-形成。因此，计算机11确定相应的旋转元件3，5在抽取点P2区域中的热延展。如果旋转元件形状dU在带宽b上是同样确定的,则该旋转元件形状对应于旋转元件的厚度。如果旋转元件形状在带宽方向上是空间解析地来确定的，那么其对应于旋转元件轮廓。
[0126]通常在旋转元件模型16的范畴内，相应于图6的描述，计算机11也应用相应的热传导模型19。借助相应的热传导模型19模拟从锭模区域2到相应的表面元件6中的热传导过程。
[0127]可以根据需求来设计旋转元件模型16或者多个旋转元件模型16。例如旋转元件模型16可以基于数学-物理方程，特别是基于代数和/或微分方程。替代性地可以涉及神经元网络、经验模型和其它类似物。旋转元件模型16在带宽方向可以是空间解析的。对于本领域技术人员而言，旋转元件模型16的设计本身是公知的。
[0128]此外根据图6，对于每个旋转元件3，5，浇铸模型15还包括相应的冶金学凝固模型
17。冶金学凝固模型17-如果存在多个这种模型-可以构造成相同的。然而无论如何，这些模型必须彼此独立地计算，并且或许也彼此独立地参数化。冶金学凝固模型17 (可选的)可以附加地包括结构模型18。
[0129]首先，为相应的冶金学凝固模型17输入由相应的旋转元件模型16确定的参量T0,dU，即相应的表面元件6的沿着相应的旋转轨道的温度TO和在抽取点P2区域中形成的旋转元件形状dU。此外，为相应的冶金学凝固模型17输入金属温度T和金属8本身规定的特征参量K。
[0130]根据为相应的冶金学凝固模型17输入的参量TO，dU，T，K，计算机11借助相应的冶金学凝固模型17分别确定位于锭模区域2中的、邻接相应的表面元件6的金属8的温度TM。此外，根据为相应的冶金学凝固模型17输入的参量T0，dU，T，K，计算机11分别确定从邻接相应的表面元件6的金属8到相应的表面元件6中的热流F。在确定邻接相应的表面元件6的金属8的温度TM和从金属8到相应的表面元件6中的热流F时，根据图6，除了为相应的冶金学凝固模型17输入的参量TO，dU，T，K外，计算机11还应用相应的热传导模型19。
[0131]因此，根据邻接相应的表面元件6的金属8的所确定的温度TM和从锭模区域2到相应的表面元件6中的热流F，联系表面元件6的旋转速度V，在相应的冶金学凝固模型17的范畴内，计算机11可以确定在抽取点P2处形成的相应的连铸坯壳厚度dS。此外，根据温度TM还已知了在抽取点P2处的温度TM。
[0132]此外根据图6，浇铸模型15还包括成带模型20。为该成带模型20输入位于锭模区域2中的、邻接表面元件6的金属8的温度TM，连铸坯壳厚度dS和旋转元件形状dU。借助成带模型20，计算机11确定从锭模区域2中抽出的金属带I的厚度d和/或温度T'。计算机11使用连铸坯壳厚度dS和旋转元件形状dU用于确定金属带I的厚度d。计算机11-例如通过生成抽取点P2处的平均值-根据温度TM确定温度T'。
[0133]可行的是，计算机11将金属带I的所确定的厚度d和/或所确定的温度T'提供用于其它用途。例如计算机11可以将相应的输出物输出到浇铸装置的(未示出的)操作者处，操作者因此采取适当的控制干涉。替代性或者附加可行的是，计算机11可以为其他应用计算技术的装置-例如用于浇铸装置的控制装置或用于在浇铸装置下游的轧辊装置的控制装置-提供金属带I的所确定的厚度d和/或所确定的温度T,。替代性或附加行的是，计算机11自己继续使用金属带I的所确定的厚度d和/或所确定的温度T'。特别地，计算机11自身例如可以设计为浇铸装置的控制装置。在这种情况下，根据图7，金属带I的所确定的厚度d和/或所确定的温度T'与相应的额定参量(f，T,*相比较。根据比较确定至少一个用于调节装置21的调节参量S。借助调节装置21可以影响金属带I的(实际)厚度dE和/或(实际)温度TE。因而，根据所确定的调节参量S驱控调节装置21。
[0134]如果已知了调节装置21的敏感度，即如果已知调节参量S的哪些变化对金属带I的厚度d和/或温度T'有怎样的影响，可以直接确定调节参量S。替代地可以是，改变调节参量S并且借助浇铸模型15重新确定金属带I此时具有怎样的厚度d和/或怎样的温度T'。在这种情况下，例如可以借助决定性算法强制收敛。决定性算法对于本领域专业人员是公知的。纯实例性地提到所谓的SQP(序列二次规划)-算法和遗传算法。
[0135]调节装置21的类型和调节参量S的类型可以根据需求来确定。例如-浇铸轧辊3的彼此间的对称的和/或非对称的设定可以用作整体起作用的调节参量S。替代性地或附加地可以调整旋转速度V和/或浇铸轧辊3的内冷却程度。替代性地或附加地-外部冷却和/或外部加热、导热气体到表面元件6的凹处中的注入、对表面元件6的机械处理(例如刷净)和其他等可以设定成作用于整体或局部的调节参量S。
[0136]不同的方法对于确定旋转元件形状dU来说都是可行的。例如根据图8可行的是，根据在每个单位时间由相应的旋转元件3，5与其周围环境所交换的焓量E2、相应的循环时间tl和相应的接触时间t2，计算机11在相应的旋转元件模型16的范畴内确定在于相应的旋转元件3，5内部主要的温度分布，其后面被称为旋转元件温度分布。旋转元件温度分布在至少两个变量中、即在旋转方向上和纵深方向上是空间解析的。旋转方向，如其名称所示，在相应的旋转元件3,5的表面元件6的运动方向上延伸。纵深方向垂直于表面元件6的表面来延伸，即垂直于旋转方向并垂直于带宽方向。通常，对旋转元件温度分布附加地进行时间解析。
[0137]在柱形的浇铸轧辊3的情况下，旋转方向和纵深方向切线地(即围绕相应的浇铸轧辊3的旋转轴:V )并径向地(即朝向或远离浇铸轧辊3的旋转轴:V )延伸。带宽方向-不言而喻地-沿轴向延伸，即平行于相应的浇铸轧辊3的旋转轴3'。
[0138]然后，计算机11确定相应的旋转元件形状dU。在确定旋转元件形状dU的范畴中，计算机11考虑之前所确定的旋转元件温度分布。例如，计算机11可以通过旋转元件温度分布在纵深方向上的积分来确定相应的旋转元件形状dU。其它方法也是可行的。
[0139]热传导模型19能够以不同的方式和方法来构造。例如可以如此，将热传导模型19规定为简单的线性热传导模型，其将从位于锭模区域2中的金属8到表面元件6中的焓流规定为与相应的表面元件6的温度TO和位于锭模区域2中的金属8的温度TM之差成比例，热传导系数本身因此是常数。然而优选地，在热传导模型19的范畴中，热传导系数规定为相对应的表面元件6的相应温度TO和位于锭模区域2中的金属8的温度TM的函数。在这两种情况下，热传导模型19可以是参数化的。区别在于，在线性传导模型的情况下，始终存在唯一的参数化的系数，而在非线性传导模型19的情况下，系数的数量可以大于I (但不是必要的)。
[0140]此外可行的是，热传导模型19在带宽方向上看是一致的。然而优选地，热传导模型19在带宽方向是空间解析的。无论热传导模型19作为线性的或是作为非线性的热传导模型19来实现，空间解析可以独立地实现。它也不依赖于是否或者可能在怎样的范畴内将热传导模型19参数化。
[0141]在本发明的一个优选的设计方案中-见图9_，在浇铸装置的下游设置检测装置
22。借助该检测装置22检测金属带I的实际温度TE和/或实际厚度dE。根据图9，将所检测的值dE，TE输入给计算机11。根据将所检测的金属带I的厚度dE和/或温度TE与所确定的金属带I的厚度d和/或温度T'相比较，计算机11可以使浇铸模型15适配。特别地，在浇铸模型15内部可以使热传导模型19适配。
[0142]在最简单的情况中，将位于锭模区域2中的金属8的温度TM假设为固定的。这种设定已经导致了可接受的结果。但是优选地，根据图10-除了已经提到的模型16至20外-浇铸模型15还包括池模型23。为池模型23中输入下列参量:
[0143]-金属温度T，即标量参量，其等于金属8在锭模区域2中预先已知的位置处的温度，例如浇铸到锭模区域2内的金属8的温度。
[0144]-金属8本身规定的特征参量K。
[0145]-锭模区域2的几何属性G。例如可以为池模型23输入浇铸轧辊3的直径和与其轧辊轴Y彼此间的距离。
[0146]-对于每个旋转元件3，5而言，在抽取点P2范畴中形成的相应的旋转单元形状dU。
[0147]-对于每个旋转元件3，5而言，相应的表面元件6的沿着相应的旋转轨道所产生的温度T0。
[0148]-对于每个旋转元件3，5而言，在每个单位时间由相应的旋转元件(3，5)与其周围环境所交换的相应的洽量(E2)。
[0149]根据预设的参量，计算机11借助池模型23在使用热传导模型19的情况下确定在位于锭模区域2中的金属8内部的至少二维空间解析的温度分布，后面将其称为金属温度分布。因此，金属温度分布是锭模区域2中的位置的函数。位置方向中的一个，金属温度分布在其中是空间解析的，其方向是带宽方向。另一个方向是与高度相关的方向。例如其可以是垂线本身。替代性地可以是-可能依赖于位置的-相应的旋转元件方向。甚至可能的是，三维空间解析地确定金属温度分布，即与位于锭模区域2中的金属8相关的体积分布。可能甚至可以连带模拟涡流。
[0150]当计算机11借助池模型23确定金属温度分布时，在相应的冶金学凝固模型17的范畴内，计算机11在使用之前所确定的金属温度分布的情况下确定相应的位于锭模区域2中的、邻接相应的表面元件6的金属8的温度TM。对于在带宽方向上的焓输入El的分布也可以考虑温度分布。
[0151]可行的是，浇铸装置的几何参数G-例如浇铸轧辊3的轧辊直径和带宽b-对计算机11是事先已知的。
[0152]然而，根据图10中所示，几何参数G通常是被输入给计算机11的。但是在每种情况下，计算机11在确定金属带I的厚度d和/或温度T'时都考虑了所述几何参数。
[0153]本发明能够以多种方式来变换并设计。例如可以如此，即在带宽方向上空间解析地确定旋转元件形状dU。这种方法是特别有利的，即不仅应确定金属带I的(平均)厚度，而且应确定金属带的轮廓、即金属带I的厚度作为在带宽方向上的位置的函数。类似的实施方案适用于金属带I的温度T'。
[0154]此外，厚度d和/或温度T'可以经常不仅仅整体(例如关于旋转速度V、关于浇铸轧辊3的对称或非对称的设定、关于浇铸水准面9的高度和内冷却)地设定。在许多情况中，也可能局部地影响旋转元件形状dU并且也可能局部地影响热传导系数。在这种情况下，在带宽方向上可以空间解析地进行模拟，并且有针对性地设定所浇铸的金属带I的轮廓。上面已经提到了对于局部影响的实例。其特别地涉及，从外部施加冷却介质10"到浇铸轧辊3上、可能的局部加热以及刷净旋转元件3，5和局部地导入导热的惰性气体(例如氦)。不言而喻地，对于其他所确定的参量例如旋转元件温度分布而言，也可以在带宽方向上进行空间解析。
[0155]还可以更进一步地设计旋转元件模型16。例如可以如此，即借助相应的旋转元件模型16不仅确定温度变化或者热流F，而且确定绝对温度。因此在这种情况下，确定了旋转元件3，5自身的焓。这导致了旋转元件3，5和其表面元件6的改良了的模拟。特别是由此可以更准确地模拟瞬间状态。此外，旋转元件模型16可以完整地(即从三个维度)并且可能附加地也在时间上模拟旋转元件3，5。此外，在这种情况下，即在带宽方向上空间解析地确定旋转元件形状dU时，在确定范畴中，旋转元件模型16也可以一起考虑相应的旋转元件3，5的内应力关系。
[0156]此外可行的是，关于位于锭模区域2中的金属8，不仅区分固态阶段和液态阶段，而且也确定两相区域(所谓的糊状区，mushy zone)的延展。这在抽取点P2的区域中特别重要，这是因为二相区域的大小影响了有效的连铸坯壳厚度dS并且这又影响了金属带I的厚度d。
[0157]还可行的是，将置于浇铸装置下游的设备单元列入到模拟之中。因此例如可以如下地对浇铸装置进行前瞻性的控制，即也考虑到了下游的轧机机座的调节界限。
[0158]本发明的不同模型-即旋转元件模型16、冶金学凝固学模型17、成带模型20以及可能的结构模型18和池模型23可以基于数学-物理方程。这些方程中特别地可以涉及代数和/或微分方程。替代性地，在所述模型中可以涉及神经元网络、经验模型和其它。如同已提到的，所述模型在带宽方向上可以空间解析。
[0159]可行的是，在线地-也许甚至实时地-执行根据本发明的确定方法。替代性地可以是，例如当应该浇铸新的浇桶时或者当其它方面的过程条件、例如所输入的冷却水10'的量或温度改变时，预先执行根据本发明的确定方法。
[0160]本发明具有很多优点。特别是不需要具有检测轧轧辊弯度、表面温度、表面粗糙度及其他参量的传感器的测量仪表。还可能的是，处理测量值并且由此消除了无效时间。
[0161]尽管通过优选的实施例在细节上详细的阐述并说明了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例，并且本领域技术人员可以从中推到中其他变体而不离开本发明的保护范畴。
【权利要求】
1.一种对于借助浇铸装置浇铸的、具有带宽(b)的金属带(I)的厚度(d)和/或温度Cr )的确定方法， -其中，所述浇铸装置具有锭模区域(2)，具有金属温度(T)的金属(8)浇铸在所述锭模区域中，所述金属温度高于所述金属(8)的凝固温度， -其中，所述浇铸装置具有多个分别在一侧界定了所述锭模区域(2)的旋转元件(3，5)， -其中，每个所述旋转元件(3,5)具有表面元件(6),所述表面元件以相应的旋转速度(v)沿着相应的旋转轨道循环地运动， -其中 一相应的所述旋转元件(3，5)的所述表面元件(6)在相应的浸入点(Pl)处浸入到位于所述锭模区域(2)中的所述金属(8)中， 一在所述表面元件(6)继续向前运动期间，所述金属(8)在已浸入的所述表面元件(6)上凝固成相应的连铸坯壳(10)， 一所述表面元件(6)在抽取点(P2)处结束与相应的所述连铸坯壳(10)的接触， 一将所述金属带(I)在所述抽取点(P2)处从所述锭模区域(2)中抽出，并且 一所述连铸坯壳(10)是所述金属带(I)的组成部分， -其中，相应的所述旋转元件(3,5)的所述表面元件(6) -对于沿着相应的所述旋转轨道的完整环绕而言需要相应的循环时间(tl)，并且一对于从相应的所述浸入点(Pl)到相应的所述抽取点(P2)的向前运动而言需要相应的接触时间(t2)， -其中，除了每单位时间通过位于所述锭模区域⑵中的所述金属⑶所引起的焓输入(El)外,所述旋转元件(3,5)在每个单位时间与所述旋转元件的周围环境交换相应的j:含量(E2)， _其中，为计算机(11)输入 --在每个单位时间浇铸到所述锭模区域(I)中的所述金属(8)的量(M)和所述金属温度⑴、 一所述金属(8)本身规定的特征参量(K)，以及 一对于每个所述旋转元件(3，5)的相应的所述循环时间(tl)、相应的所述接触时间(t2)和在每个单位时间由相应的所述旋转元件(3，5)与所述旋转元件的周围环境所交换的所述焓量(E2)， -其中，所述计算机(11)执行所述浇铸装置的浇铸模型(15)， -其中，所述浇铸模型(15)包括成带模型(20)以及对于每个所述旋转元件(3，5)而言包括相应的旋转元件模型(16)和相应的冶金学凝固模型(17), -其中，所述计算机(11)借助相应的所述旋转模型(16)，根据一在每个单位时间通过位于所述锭模区域(2)中的所述金属(8)所引起的所述焓输入(El)、 一在每个单位时间由相应的所述旋转元件(3,5)与所述旋转元件的周围环境所交换的所述焓量(E2)、 一相应的所述循环时间(tl)和 —相应的所述接触时间(t2) 分别确定相应的所述表面元件￠)的沿着相应的所述旋转轨道产生的温度(TO)，并且确定在相应的所述表面元件(6)上的所述抽取点(P2)的区域中形成的旋转元件形状(dU),-其中，所述计算机(11)借助相应的所述冶金学凝固模型(17)，根据-所述金属温度(T)、 --相应的所述表面元件￠)的沿着相应的所述旋转轨道所产生的所述温度(T0)、 --在所述抽取点(P2)的区域中形成的相应的所述旋转元件形状(dU)和 一所述金属(8)本身规定的所述特征参量(K) 在使用模拟了从所述锭模区域(2)到相应的所述表面元件(6)中的热传导的相应的热传导模型(19)的情况下，分别 一确定位于所述锭模区域(2)中的、邻接相应的所述表面元件(6)的所述金属(8)的温度(TM)和 一确定从邻接相应的所述表面元件(6)的所述金属⑶到相应的所述表面元件(6)中的热流(F) 一并且由此结合所述表面元件(6)的所述旋转速度(V)，确定在所述抽取点(P2)处形成的相应的连铸坯壳厚度(dS)， -其中，所述计算机(11)借助所述成带模型(20)根据所述连铸坯壳厚度(dS)和所述旋转元件形状(dU)确定从所述锭模区域(2)中抽出的所述金属带(I)的所述厚度(d)，和/或根据位于所述锭模区域(2)中的、邻接相应的所述表面元件￠)的所述金属(8)的所述温度(TM)，所述计算机针对所述抽取点(P2)确定所述金属带(I)在此处的所述温度(T')， -其中，所述计算机(11)继续使用所确定的所述厚度(d)和/或所确定的所述温度(T')或者为其他的应用提供所述厚度和/或所述温度。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于， -所述浇铸模型(15)附加地包括池模型(23)， -所述计算机(11)借助所述池模型(23)，根据 一所述金属温度(T)、 —对于每个所述旋转元件(3,5)而言相应的所述表面元件(6)的沿着相应的所述旋转轨道所产生的所述温度(TO)、 一对于每个所述旋转元件(3，5)而言在所述抽取点(P2)的区域中形成的相应的所述旋转元件形状(dU)、 一对于每个旋转元件(3，5)而言在每个单位时间由相应的所述旋转元件(3，5)与所述旋转元件的周围环境所交换的相应的所述洽量(E2)、 一所述金属(8)本身规定的所述特征参量(K) -结合所述锭模区域(2)的几何属性 在使用所述热传导模型(19)的情况下确定所述金属(8)的、至少二维空间解析的金属温度分布作为所述锭模区域(2)中的位置的函数，并且 -所述计算机(11)在使用所述金属(8)的所确定的所述金属温度分布的情况下确定位于所述锭模区域(2)中的、邻接相应的所述表面元件(6)的所述金属(8)的所述温度(TM)。
3.根据权利要求1或2所述的确定方法，其特征在于， -在相应的所述旋转元件模型(16)的范畴中，对于相应的所述旋转元件(3，5)而言，所述计算机(11)根据 一在每个单位时间由相应的所述旋转元件(3,5)与所述旋转元件的周围环境所交换的所述焓量(E2)、 一相应的所述循环时间(tl)和 —相应的所述接触时间(t2) 确定旋转兀件温度分布作为至少在旋转方向上和在垂直于所述表面兀件(6)的表面延伸的纵深方向上的位置的函数，并且 -所述计算机(11)在考虑所述旋转元件温度分布的情况下确定相应的所述旋转元件形状(dU)。
4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述计算机(11)通过所述旋转元件温度分布在所述纵深方向上的积分来确定相应的所述旋转元件形状(dU)。
5.根据权利要求3或4所述的确定方法，其特征在于，所述计算机(11)在相应的所述旋转元件模型(16)的范畴内不仅确定了温度变化或者所述热流(F)而且确定了所述旋转元件(3，5)的焓本身。
6.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述热传导模型(19)构造成至少在带宽方向上空间解析的、能参数化的热传导模型(19)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于， -检测从所述锭模区域(2)中抽出的所述金属带(I)的实际厚度(dE)和/或实际温度(TE)，并且 -根据所检测的所述实际厚度(dE)和/或所检测的所述实际温度(TE)与所确定的所述厚度(d)和/或所确定的所述温度(T')的比较，使所述热传导模型(19)适配。
8.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，将所述浇铸装置的几何参数(G)作为参数输入给所述计算机(11)，并且在确定所述金属带(I)的所述厚度(d)和/或所述温度(T')时，所述计算机(11)考虑输入给所述计算机的所述几何参数(G)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于， -将所确定的所述厚度(d)和/或所确定的所述温度(T')与额定厚度(cO和/或额定温度(T, *)相比较，并且 -根据所述比较，为影响了所述实际厚度(dE)和/或所述实际温度(TE)的调节装置(21)确定至少一个调节参量(S)，并且根据所确定的所述调节参量(S)驱控所述调节装置(21)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，关于位于所述锭模区域(2)中的所述金属(8)，所述计算机(11)不仅在固态和液态阶段之间进行区分，而且也确定了二相区域的延展。
11.根据权利要求10所述的确定方法，其特征在于，所述计算机(11)在断裂提前识别的范畴中使用所述二相区域的所述延展。
12.—种计算机程序模块，包括能由计算机(11)直接处理的机器码(14)，并且通过所述计算机(11)处理所述机器码引起所述计算机(11)实施具有根据前述权利要求中任一项所述的确定方法的所有步骤的确定方法。
13.一种利用根据权利要求12所述的计算机程序模块(12)来编程的计算机(11)。
14.一种用于浇铸具有带宽(b)的金属带(I)的浇铸装置， -其中，所述浇铸装置具有锭模区域(2)，具有金属温度(T)的金属(8)浇铸到所述锭模区域中，所述金属温度高于所述金属(8)的凝固温度， -其中，所述浇铸装置具有多个分别在一侧界定了所述锭模区域(2)的旋转元件(3，5)， -其中，每个所述旋转元件(3,5)具有表面元件(6),所述表面元件以相应的旋转速度(v)沿着相应的旋转轨道循环地运动， -其中，相应的所述旋转元件(3，5)的所述表面元件(6)在相应的浸入点(Pl)处浸入到位于所述锭模区域(2)中的所述金属(8)内，并且所述金属带(I)在抽取点(P2)处从所述锭模区域(2)中抽出， -其中，所述浇铸装置对应于根据权利要求13所述的计算机(11)。
【文档编号】B22D11/06GK104144758SQ201380011872
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年3月1日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】约翰内斯·达格内, 托马斯·马楚拉特, 京特·温特 申请人:西门子公司