鑄軋設備的模擬的制作方法
【專利摘要】借助相應的旋轉元件模型(16)，根據每單位時間由澆鑄裝置的相應的旋轉元件(3，5)與其周圍環境總體交換的焓量(E1+E2)、與金屬(8)的相應的接觸時間(t2)和相應的循環時間(t1)，計算機(11)分別確定旋轉元件(3，5)的相應表面元件(6)沿著相應旋轉軌道所產生的溫度(TO)和在相應的表面元件(6)上的抽取點(P2)的區域中形成的旋轉元件形狀(dU)。借助相應的冶金學凝固模型(17)，根據金屬溫度(T)、表面元件(6)的產生的溫度(TO)、旋轉元件形狀(dU)和金屬(8)本身規定的特征參量(K)，在使用模擬從錠模區域(2)到相應的表面元件(6)中的熱傳導的相應熱傳導模型(19)的情況下，計算機(11)分別確定了位于錠模區域(2)中的、鄰接相應的表面元件(6)的金屬(8)的溫度(TM)和從鄰接相應的表面元件(6)的金屬(8)到相應的表面元件(6)中的熱流(F)。由此，計算機結合表面元件(6)的旋轉速度(v)確定在抽取點(P2)處形成的相應的連鑄坯殼厚度(dS)。借助成帶模型(20)，根據溫度(TM)、連鑄坯殼厚度(dS)及旋轉元件形狀(dU)，計算機(11)確定從錠模區域(2)中抽出的金屬帶(1)的厚度(d)和/或溫度(T′)。
【專利說明】鑄軋設備的模擬
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對于借助澆鑄裝置澆鑄的、具有帶寬的金屬帶的厚度和/或溫度的確定方法，
[0002]-其中澆鑄裝置具有錠模區域，具有金屬溫度的金屬澆鑄到該錠模區域中，該金屬溫度高于金屬的凝固溫度，
[0003]-其中澆鑄裝置具有多個分別在一側界定了錠模區域的旋轉元件，
[0004]-其中每個旋轉元件具有表面元件，其以相應的旋轉速度沿著相應的旋轉軌道循環地運動，
[0005]-其中
[0006]一相應的旋轉元件的表面元件在相應的浸入點處浸入到位于錠模區域中的金屬內，
[0007]—在表面元件繼續向前運動期間，金屬在已浸入的表面元件上凝固成相應的連鑄?殼，
[0008]—表面元件在抽取點處結束與相應的連鑄坯殼的接觸，
[0009]一金屬帶在抽取點處從錠模區域中抽出，并且
[0010]-連鑄坯殼是金屬帶的組成部分，
[0011 ]-其中相應的旋轉元件的表面元件
[0012]-對于沿著相應的旋轉軌道的完整的環繞而言需要相應的循環時間并且
[0013]一對于從相應的浸入點到相應的抽取點的向前運動而言需要相應的接觸時間，
[0014]-其中，除了通過位于錠模區域中的金屬所引起的焓輸入之外，旋轉元件在每個單位時間還與其周圍環境交換相應的焓量。
[0015]此外，本發明還涉及一種包括機器代碼的計算機程序模塊，機器代碼可以由計算機直接處理并且通過計算機處理該機器碼促使了計算機實施此種確定方法。
[0016]此外，本發明還涉及一種利用該計算機程序模塊來編程的計算機。
[0017]此外，本發明涉及一種用于澆鑄具有帶寬的金屬帶的澆鑄裝置，
[0018]-其中澆鑄裝置具有錠模區域，具有金屬溫度的金屬澆鑄到該錠模區域中，該金屬溫度高于金屬的凝固溫度，
[0019]-其中該澆鑄裝置具有多個分別在一側界定錠模區域的旋轉元件，
[0020]-其中每個旋轉元件具有表面元件,其以相應的旋轉速度循環地沿著相應的旋轉軌道運動，
[0021]-其中相應的旋轉元件的表面元件在相應的浸入點處浸入到位于錠模區域中的金屬內，并且金屬帶在抽取點處從錠模區域中抽出，
[0022]-其中該澆鑄裝置對應于所述類型的計算機。
【背景技術】
[0023]由EP O 736 350 BI已知了一種雙軋輥-澆鑄裝置，其中檢測所澆鑄的帶材的輪廓并且跟蹤局域熱流系數，以便使澆鑄的輪廓接近于額定輪廓。此外，根據經過澆鑄軋輥的熱流，借助模型確定所產生的隆起。根據穿流過軋輥的冷卻介質的量和其溫度差來確定經過軋輥的熱流。
[0024]從WO 03/045607 A2中已知一種雙軋輥-澆鑄裝置，其中為了調整結構并且影響金屬帶的輪廓進行模型輔助的確定。
[0025]這兩種方法都需要大規模地設置具有傳感部件的澆鑄裝置，所述傳感部件布置得越接近可澆鑄的金屬或者布置地越接近還是澆鑄溫度的已澆鑄的連鑄坯，其越容易受到干擾。
[0026]顯然可以在更遠的地方布置傳感部件。然而在這種情況下提高了無效時間，直至傳感部件可以檢測控制干涉的作用時，該無效時間才消失。
【發明內容】
[0027]本發明的目的在于，提供一種可行性，借助該可行性可以在沒有明顯延遲的情況下預測所澆鑄的金屬帶的溫度和/或厚度，而無需將傳感器置于惡劣的澆鑄工作條件中_特別是聞溫中_。
[0028]所述目的通過具有權利要求1所述的特征的確定方法來實現。根據本發明的運行方法的優選設計方案是從屬權利要求2至11的內容。
[0029]根據本發明提出，如下地設計開頭所述類型的確定方法，
[0030]-為計算機輸入
[0031 ]-在每個單位時間澆鑄到錠模區域中的金屬量和金屬溫度、
[0032]—金屬本身規定的特征參量以及
[0033]一對于每個旋轉元件的相應循環時間、相應接觸時間和在每個單位時間由相應的旋轉元件與其周圍環境所交換的焓量，
[0034]-計算機執行澆鑄裝置的澆鑄模型，
[0035]-該澆鑄模型包括成帶模型，以及對于每個旋轉元件而言包括相應的旋轉元件模型和相應的冶金學凝固模型，
[0036]-計算機借助相應的旋轉元件模型，根據
[0037]—在每個單位時間通過位于錠模區域中的金屬所引起的焓輸入，
[0038]—在每個單位時間由相應的旋轉元件與其周圍環境所交換的j:含量，
[0039]—相應的循環時間和
[0040]—相應的接觸時間
[0041]分別確定相應的表面元件的沿著相應的旋轉軌道所產生的溫度，并且確定在相應的表面元件處的抽取點區域中形成的旋轉元件形狀，
[0042]-計算機借助相應的冶金學凝固模型，根據
[0043]—金屬溫度、
[0044]-相應的表面元件的沿著相應的旋轉軌道所產生的溫度、
[0045]—在抽取點的區域中形成的相應的旋轉元件形狀和
[0046]—金屬本身規定的特征參量
[0047]在使用模擬了從錠模區域到相應的表面元件中的熱傳導的相應的熱傳導模型的情況下，分別
[0048]-確定位于錠模區域中的、鄰接相應的表面元件上的金屬的溫度和
[0049]—確定從鄰接相應的表面元件的金屬到相應的表面元件中的熱流
[0050]一并且由此結合表面元件的旋轉速度，確定在抽取點處形成的相應的連鑄坯殼厚度，
[0051]-計算機借助成帶模型根據連鑄坯殼厚度和旋轉元件形狀確定出從錠模區域中抽出的金屬帶的厚度，和/或根據位于錠模區域中的、鄰接相應的表面元件的金屬的溫度，計算機針對抽取點確定在該處的金屬帶的溫度，
[0052]-計算機繼續使用所確定的厚度和/或所確定的溫度，或者為其他的應用提供所述厚度和/或溫度。
[0053]在本發明的一個優選設計方案中提出，
[0054]-澆鑄模型附加地包括池模型，
[0055]-計算機借助池模型，根據
[0056]—金屬溫度、
[0057]一對于每個旋轉元件而言相應的表面元件的沿著相應的旋轉軌道所產生的溫度、
[0058]-對于每個旋轉元件而言在抽取點區域中形成的相應的旋轉元件形狀、
[0059]一對于每個旋轉元件而言在每個單位時間由相應的旋轉元件與其周圍環境所交換的相應的焓量、
[0060]—金屬本身規定的特征參量
[0061]-結合錠模區域的幾何屬性
[0062]在使用熱傳導模型的情況下確定金屬的、至少二維空間解析的金屬溫度分布作為錠模區域中的位置的函數，并且
[0063]-計算機在使用金屬的所確定的金屬溫度分布的情況下確定位于錠模區域中的、鄰接相應的表面元件的金屬的溫度。
[0064]通過這種設計方案可以更好地模擬位于錠模區域中的金屬的溫度狀態。
[0065]優選地提出，
[0066]-在相應的旋轉元件模型的范疇中，對于相應的旋轉元件而言，計算機根據
[0067]-在每個單位時間相應的旋轉元件與其周圍環境所交換的焓量、
[0068]—相應的循環時間和
[0069]—相應的接觸時間
[0070]確定旋轉元件溫度分布作為至少在旋轉方向上和在垂直于表面元件的表面延伸的縱深方向上的位置的函數，并且
[0071]-計算機在考慮旋轉元件溫度分布的情況下確定相應的旋轉元件形狀。
[0072]通過這種方法能夠以相對簡單的方式確定相應的旋轉元件形狀。特別可行的是，計算機通過旋轉元件溫度分布在縱深方向上的積分來確定相應的旋轉元件形狀。
[0073]優選地，熱傳導模型構造成至少在帶寬方向是空間解析的、可參數化的熱傳導模型。在這種情況中，不僅可以確定金屬帶的平均厚度，還可以確定其輪廓。因此，這是特別有利的，因為在后續軋制所澆鑄的金屬帶時，必須保持其平整性，并且平整性與輪廓會彼此相關地互相影響。
[0074]優選地提出，
[0075]-檢測從錠模區域中抽出的金屬帶的實際厚度和/或實際溫度，并且
[0076]-根據所檢測的實際厚度和/或所檢測的實際溫度與所確定的厚度和/或所確定的溫度的比較，使熱傳導模型適配。
[0077]通過這種方法，澆鑄模型隨著時間的推移總是更好地與實際的狀態相匹配。
[0078]優選地提出，將澆鑄裝置的幾何參數作為參數輸入給計算機，并且在確定金屬帶的厚度和/或溫度時，計算機考慮輸入給它的幾何參數。通過這種方法，根據本發明的確定方法特別靈活。參數和變量、例如接觸時間或循環時間之間的區別在于，參數一次性地預設給計算機并且然后保持不變，而變量在進行著的運行中隨時可以改變。
[0079]可行的是，根據本發明的確定方法作為純觀測器來運行。然而，優選地提出，
[0080]-將所確定的厚度和/或所確定的溫度與額定厚度和/或額定溫度相比較，并且
[0081]-根據該比較，為影響了實際厚度和/或實際溫度的調節裝置確定至少一個調節參量，并且根據所確定的調節參量驅控調節裝置。
[0082]此外，根據本發明的目的通過開頭所述類型的計算機程序模塊來實現。在這種情況下如下地設置計算機程序模塊，即計算機執行具有根據本發明的確定方法的所有步驟的確定方法。
[0083]此外，所述目的通過一種利用根據本發明的計算機程序模塊來編程的計算機來實現。
[0084]此外，所述目的通過開頭所述類型的澆鑄裝置來實現，其中計算機根據本發明構造而成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0085]結合下面聯系附圖詳細闡述的實施例的說明，本發明的上述屬性、特征和優點以及如何實現這些的方式方法會更清晰易懂。此時以示意圖示出:
[0086]圖1是雙軋輥-澆鑄機的側視圖，
[0087]圖2是圖1所示澆鑄機的俯視圖，
[0088]圖3是單軋輥-澆鑄機的側視圖，
[0089]圖4是帶澆鑄機的側視圖，
[0090]圖5是旋轉元件的模型圖，
[0091]圖6是計算布置，
[0092]圖7是控制布置，
[0093]圖8是可行的旋轉元件模型，
[0094]圖9是圖1的變型，并且
[0095]圖10是圖6的變型。
【具體實施方式】
[0096]根據圖1和2，澆鑄裝置具有用于澆鑄金屬帶I的錠模區域2。根據圖1，該澆鑄裝置構造成雙軋輥-澆鑄機。因此它具有兩個主要為柱形的軋輥3，所述軋輥彼此反向地旋轉并且在兩個相對置的側面處界定錠模區域2。錠模區域2的其它兩個側面由側壁4界定。
[0097]根據圖3，澆鑄裝置可以替代性地構造成單軋輥-澆鑄機。在此情況下，澆鑄機具有唯一的軋輥3，該軋輥鄰接錠模區域2。其它的三個側面在此情況下由側壁4界定。
[0098]在本發明的意義上，軋輥3 (或者由圖3所示的澆鑄機的情況下的唯一的軋輥3)相當于旋轉元件。然而旋轉元件3不必強制地構造成軋輥形。因為根據圖4，澆鑄裝置可以替代性地構造為帶澆鑄機。在這種情況下，所述(唯一的)旋轉元件構造成旋轉的帶5，后面為了在語言上與金屬帶I區分而標識成澆鑄帶5。在本設計方案中，通過側壁4界定錠模區域2的其它側面。
[0099]因此，無關于具體的結構，澆鑄裝置具有多個(即一個或兩個)旋轉元件3，5，其中每個旋轉元件3，5分別在一側界定了錠模區域2。
[0100]旋轉元件3，5分別具有多個表面元件6。在澆鑄軋輥的情況下(根據圖1，2和3的設計方案)，根據圖5，表面元件6是相應的澆鑄軋輥3的部段。在帶澆鑄機的情況下，表面元件6是旋轉帶5的各個構件7 (或者各個構件7的部件)。無關于澆鑄機的具體結構，表面元件6以相應的旋轉速度V沿著相應的旋轉軌道循環地運動。在澆鑄軋輥3的情況中，相應的旋轉速度V等于例如相應的澆鑄軋輥3的角頻率和其半徑的乘積。
[0101]在錠模區域2中澆鑄具有金屬溫度T的金屬8。金屬8可以例如是鋼、銅、招、黃銅或者其它金屬。然而，無論是哪種金屬，金屬溫度T都高于相應的金屬8的凝固溫度。因此，金屬8要么是純熔液要么是固液混合物。
[0102]在錠模區域2中澆鑄的金屬8在錠模區域2內延伸直至澆鑄水準面9。旋轉元件3，5的表面元件6在相應的浸入點Pl處浸入到位于錠模區域2中的金屬8內。然后，其在錠模區域2內繼續運動直至抽取點P2。在表面元件6沿著錠模區域2前進運動期間，金屬8在浸入的表面元件6上凝固成相應的連鑄坯殼10。當表面元件6到達抽取點P2時，它結束與相應的連鑄坯殼10的接觸。在該點-抽取點P2-處將金屬帶I從錠模區域2中抽出。
[0103]連鑄坯殼10是金屬帶I的組成部分。在雙軋輥-澆鑄機的情況下(圖1和2)，兩個連鑄坯殼10是澆鑄的金屬帶I的組成部分。它們在(共同的)抽取點P2處或在其附近彼此焊接。在單軋輥澆鑄機(圖3)和帶澆鑄機(圖4)的情況下，唯一的連鑄坯殼10形成了金屬帶I。
[0104]如已述,表面元件6沿著為相應的旋轉元件3,5規定的旋轉軌道循環地旋轉。對于一次旋轉，其需要相應的循環時間tl。此外，對于從相應的浸入點Pl向前運動至抽取點P2，其需要相應的接觸時間t2。
[0105]金屬8通常是極熱的，例如在鋼的情況下時，熱度超過1200°C，大多數時甚至高于1500°C。因此通過將金屬8澆鑄到錠模區域2中，向旋轉元件3，5中輸入了顯著的焓量。這種焓輸入El必須通過冷卻來補償。為了該目的，通常-見圖2-通過導入和導出冷卻介質10'(例如水)進行對澆鑄軋輥3或者更普遍的旋轉元件3，5的內冷卻。此外-在例外的情況下替代內冷卻，但通常作為附加地-根據圖1可以進行對旋轉元件3，5的外冷卻，例如用水或-優選地-惰性的低溫冷卻介質10"。此外，旋轉元件3，5還將熱量輻射到其周圍環境中。最后-在非常特殊的情況下-可行的是，從外部加熱旋轉元件3，5。
[0106]但是，無論提供哪種焓影響，除了通過位于錠模區域2中的金屬8進行如開頭所述的焓輸入El外，旋轉元件3，5在每個單位時間與其周圍環境交換相應的焓量E2。
[0107]所澆鑄的金屬帶I具有帶寬b。通過結構性地設定澆鑄裝置來確定該帶寬b。在澆鑄過程期間，帶寬b不可以改變。此外，所澆鑄的金屬帶I具有厚度d。厚度d可以被影響。該厚度d-特別是作為關于帶寬b的函數并且或許也作為關于帶長的函數-表示所澆鑄的金屬帶I的重要目標參量。類似地，所澆鑄的金屬帶I的溫度T'也是可以被影響的重要目標參量。
[0108]金屬帶I的厚度d和/或溫度T'應當以運算技術來確定。為了該目的，澆鑄裝置對應于計算機11。該計算機是用計算機程序模塊12編程的。計算機程序模塊12例如可以通過移動數據載體13輸送給計算機11，計算機程序12以機器可讀的形式存儲在該移動數據載體上。該計算機程序模塊12包括可以由計算機11直接處理的機器碼14。通過計算機11處理機器碼14引起計算機11實施了對于所澆鑄的金屬帶I的溫度T'和/或厚度d的確定方法，下面詳細闡述該方法。
[0109]根據圖6，為計算機輸入關于金屬8的不同信息。此處涉及下述參量:
[0110]-在每個單位時間澆鑄到錠模區域2中的金屬8的量M。
[0111]-金屬8的溫度T,即金屬溫度T。
[0112]-金屬8本身規定的特征參量K。特征參量K可以包括例如金屬8的化學成分、凝固溫度、密度、特定的熔化焓等。
[0113]此外，為計算機11輸入與每個旋轉元件3，5有關的信息。在此，每個旋轉元件3，5涉及下列參量:
[0114]-循環時間tl、
[0115]-接觸時間t2和
[0116]-在每個單位時間由相應的旋轉元件3，5與其周圍環境所交換的焓量E2。
[0117]根據圖6，計算機11實現了澆鑄裝置的澆鑄模型15。借助澆鑄模型15，計算機11確定從錠模區域2中抽出的金屬帶I的溫度T'和/或厚度d。
[0118]根據圖6,對于每個旋轉元件3, 5,燒鑄模型15包括相應的旋轉元件模型16。如果存在多個這種模型16，用于各個旋轉元件3，5的旋轉元件模型16可以構造成相同的。然而無論如何，必須彼此獨立地計算并且或許也彼此獨立地參數化這些模型。
[0119]為相應的旋轉元件模型16輸入以下的、與相對應的旋轉元件3,5相關的參量:
[0120]-在每個單位時間通過位于錠模區域2中的金屬所引起的焓輸入E1。計算機11可以例如根據金屬8的量M、溫度T和特征參量K確定焓輸入El。
[0121]-在每個單位時間由相應的旋轉元件3，5與其周圍環境所交換的焓量E2。
[0122]-相應的循環時間tl和
[0123]-相應的接觸時間t2。
[0124]根據所述參量，計算機11借助相應的旋轉元件模型16分別確定相應表面元件6的沿著相應的旋轉軌道所產生的溫度TO作為時間的函數，或者-此時相對應地-作為相應的旋轉軌道上的位置、即沿著相應的旋轉軌道的位置的函數。至少對于從浸入點Pi至抽取點P2的部段，通常甚至對于完整的旋轉實現確定溫度T0。
[0125]此外,根據所述參量E2, tl, t2,計算機11借助相應的旋轉元件模型16確定相應的旋轉元件形狀dU，其在相對應的表面元件6中的抽取點P2的區域中-最佳地-就在抽取點P2自身處-形成。因此，計算機11確定相應的旋轉元件3，5在抽取點P2區域中的熱延展。如果旋轉元件形狀dU在帶寬b上是同樣確定的,則該旋轉元件形狀對應于旋轉元件的厚度。如果旋轉元件形狀在帶寬方向上是空間解析地來確定的，那么其對應于旋轉元件輪廓。
[0126]通常在旋轉元件模型16的范疇內，相應于圖6的描述，計算機11也應用相應的熱傳導模型19。借助相應的熱傳導模型19模擬從錠模區域2到相應的表面元件6中的熱傳導過程。
[0127]可以根據需求來設計旋轉元件模型16或者多個旋轉元件模型16。例如旋轉元件模型16可以基于數學-物理方程，特別是基于代數和/或微分方程。替代性地可以涉及神經元網絡、經驗模型和其它類似物。旋轉元件模型16在帶寬方向可以是空間解析的。對于本領域技術人員而言，旋轉元件模型16的設計本身是公知的。
[0128]此外根據圖6，對于每個旋轉元件3，5，澆鑄模型15還包括相應的冶金學凝固模型
17。冶金學凝固模型17-如果存在多個這種模型-可以構造成相同的。然而無論如何，這些模型必須彼此獨立地計算，并且或許也彼此獨立地參數化。冶金學凝固模型17 (可選的)可以附加地包括結構模型18。
[0129]首先，為相應的冶金學凝固模型17輸入由相應的旋轉元件模型16確定的參量T0,dU，即相應的表面元件6的沿著相應的旋轉軌道的溫度TO和在抽取點P2區域中形成的旋轉元件形狀dU。此外，為相應的冶金學凝固模型17輸入金屬溫度T和金屬8本身規定的特征參量K。
[0130]根據為相應的冶金學凝固模型17輸入的參量TO，dU，T，K，計算機11借助相應的冶金學凝固模型17分別確定位于錠模區域2中的、鄰接相應的表面元件6的金屬8的溫度TM。此外，根據為相應的冶金學凝固模型17輸入的參量T0，dU，T，K，計算機11分別確定從鄰接相應的表面元件6的金屬8到相應的表面元件6中的熱流F。在確定鄰接相應的表面元件6的金屬8的溫度TM和從金屬8到相應的表面元件6中的熱流F時，根據圖6，除了為相應的冶金學凝固模型17輸入的參量TO，dU，T，K外，計算機11還應用相應的熱傳導模型19。
[0131]因此，根據鄰接相應的表面元件6的金屬8的所確定的溫度TM和從錠模區域2到相應的表面元件6中的熱流F，聯系表面元件6的旋轉速度V，在相應的冶金學凝固模型17的范疇內，計算機11可以確定在抽取點P2處形成的相應的連鑄坯殼厚度dS。此外，根據溫度TM還已知了在抽取點P2處的溫度TM。
[0132]此外根據圖6，澆鑄模型15還包括成帶模型20。為該成帶模型20輸入位于錠模區域2中的、鄰接表面元件6的金屬8的溫度TM，連鑄坯殼厚度dS和旋轉元件形狀dU。借助成帶模型20，計算機11確定從錠模區域2中抽出的金屬帶I的厚度d和/或溫度T'。計算機11使用連鑄坯殼厚度dS和旋轉元件形狀dU用于確定金屬帶I的厚度d。計算機11-例如通過生成抽取點P2處的平均值-根據溫度TM確定溫度T'。
[0133]可行的是，計算機11將金屬帶I的所確定的厚度d和/或所確定的溫度T'提供用于其它用途。例如計算機11可以將相應的輸出物輸出到澆鑄裝置的(未示出的)操作者處，操作者因此采取適當的控制干涉。替代性或者附加可行的是，計算機11可以為其他應用計算技術的裝置-例如用于澆鑄裝置的控制裝置或用于在澆鑄裝置下游的軋輥裝置的控制裝置-提供金屬帶I的所確定的厚度d和/或所確定的溫度T,。替代性或附加行的是，計算機11自己繼續使用金屬帶I的所確定的厚度d和/或所確定的溫度T'。特別地，計算機11自身例如可以設計為澆鑄裝置的控制裝置。在這種情況下，根據圖7，金屬帶I的所確定的厚度d和/或所確定的溫度T'與相應的額定參量(f，T,*相比較。根據比較確定至少一個用于調節裝置21的調節參量S。借助調節裝置21可以影響金屬帶I的(實際)厚度dE和/或(實際)溫度TE。因而，根據所確定的調節參量S驅控調節裝置21。
[0134]如果已知了調節裝置21的敏感度，即如果已知調節參量S的哪些變化對金屬帶I的厚度d和/或溫度T'有怎樣的影響，可以直接確定調節參量S。替代地可以是，改變調節參量S并且借助澆鑄模型15重新確定金屬帶I此時具有怎樣的厚度d和/或怎樣的溫度T'。在這種情況下，例如可以借助決定性算法強制收斂。決定性算法對于本領域專業人員是公知的。純實例性地提到所謂的SQP(序列二次規劃)-算法和遺傳算法。
[0135]調節裝置21的類型和調節參量S的類型可以根據需求來確定。例如-澆鑄軋輥3的彼此間的對稱的和/或非對稱的設定可以用作整體起作用的調節參量S。替代性地或附加地可以調整旋轉速度V和/或澆鑄軋輥3的內冷卻程度。替代性地或附加地-外部冷卻和/或外部加熱、導熱氣體到表面元件6的凹處中的注入、對表面元件6的機械處理(例如刷凈)和其他等可以設定成作用于整體或局部的調節參量S。
[0136]不同的方法對于確定旋轉元件形狀dU來說都是可行的。例如根據圖8可行的是，根據在每個單位時間由相應的旋轉元件3，5與其周圍環境所交換的焓量E2、相應的循環時間tl和相應的接觸時間t2，計算機11在相應的旋轉元件模型16的范疇內確定在于相應的旋轉元件3，5內部主要的溫度分布，其后面被稱為旋轉元件溫度分布。旋轉元件溫度分布在至少兩個變量中、即在旋轉方向上和縱深方向上是空間解析的。旋轉方向，如其名稱所示，在相應的旋轉元件3,5的表面元件6的運動方向上延伸。縱深方向垂直于表面元件6的表面來延伸，即垂直于旋轉方向并垂直于帶寬方向。通常，對旋轉元件溫度分布附加地進行時間解析。
[0137]在柱形的澆鑄軋輥3的情況下，旋轉方向和縱深方向切線地(即圍繞相應的澆鑄軋輥3的旋轉軸:V )并徑向地(即朝向或遠離澆鑄軋輥3的旋轉軸:V )延伸。帶寬方向-不言而喻地-沿軸向延伸，即平行于相應的澆鑄軋輥3的旋轉軸3'。
[0138]然后，計算機11確定相應的旋轉元件形狀dU。在確定旋轉元件形狀dU的范疇中，計算機11考慮之前所確定的旋轉元件溫度分布。例如，計算機11可以通過旋轉元件溫度分布在縱深方向上的積分來確定相應的旋轉元件形狀dU。其它方法也是可行的。
[0139]熱傳導模型19能夠以不同的方式和方法來構造。例如可以如此，將熱傳導模型19規定為簡單的線性熱傳導模型，其將從位于錠模區域2中的金屬8到表面元件6中的焓流規定為與相應的表面元件6的溫度TO和位于錠模區域2中的金屬8的溫度TM之差成比例，熱傳導系數本身因此是常數。然而優選地，在熱傳導模型19的范疇中，熱傳導系數規定為相對應的表面元件6的相應溫度TO和位于錠模區域2中的金屬8的溫度TM的函數。在這兩種情況下，熱傳導模型19可以是參數化的。區別在于，在線性傳導模型的情況下，始終存在唯一的參數化的系數，而在非線性傳導模型19的情況下，系數的數量可以大于I (但不是必要的)。
[0140]此外可行的是，熱傳導模型19在帶寬方向上看是一致的。然而優選地，熱傳導模型19在帶寬方向是空間解析的。無論熱傳導模型19作為線性的或是作為非線性的熱傳導模型19來實現，空間解析可以獨立地實現。它也不依賴于是否或者可能在怎樣的范疇內將熱傳導模型19參數化。
[0141]在本發明的一個優選的設計方案中-見圖9_，在澆鑄裝置的下游設置檢測裝置
22。借助該檢測裝置22檢測金屬帶I的實際溫度TE和/或實際厚度dE。根據圖9，將所檢測的值dE，TE輸入給計算機11。根據將所檢測的金屬帶I的厚度dE和/或溫度TE與所確定的金屬帶I的厚度d和/或溫度T'相比較，計算機11可以使澆鑄模型15適配。特別地，在澆鑄模型15內部可以使熱傳導模型19適配。
[0142]在最簡單的情況中，將位于錠模區域2中的金屬8的溫度TM假設為固定的。這種設定已經導致了可接受的結果。但是優選地，根據圖10-除了已經提到的模型16至20外-澆鑄模型15還包括池模型23。為池模型23中輸入下列參量:
[0143]-金屬溫度T，即標量參量，其等于金屬8在錠模區域2中預先已知的位置處的溫度，例如澆鑄到錠模區域2內的金屬8的溫度。
[0144]-金屬8本身規定的特征參量K。
[0145]-錠模區域2的幾何屬性G。例如可以為池模型23輸入澆鑄軋輥3的直徑和與其軋輥軸Y彼此間的距離。
[0146]-對于每個旋轉元件3，5而言，在抽取點P2范疇中形成的相應的旋轉單元形狀dU。
[0147]-對于每個旋轉元件3，5而言，相應的表面元件6的沿著相應的旋轉軌道所產生的溫度T0。
[0148]-對于每個旋轉元件3，5而言，在每個單位時間由相應的旋轉元件(3，5)與其周圍環境所交換的相應的洽量(E2)。
[0149]根據預設的參量，計算機11借助池模型23在使用熱傳導模型19的情況下確定在位于錠模區域2中的金屬8內部的至少二維空間解析的溫度分布，后面將其稱為金屬溫度分布。因此，金屬溫度分布是錠模區域2中的位置的函數。位置方向中的一個，金屬溫度分布在其中是空間解析的，其方向是帶寬方向。另一個方向是與高度相關的方向。例如其可以是垂線本身。替代性地可以是-可能依賴于位置的-相應的旋轉元件方向。甚至可能的是，三維空間解析地確定金屬溫度分布，即與位于錠模區域2中的金屬8相關的體積分布。可能甚至可以連帶模擬渦流。
[0150]當計算機11借助池模型23確定金屬溫度分布時，在相應的冶金學凝固模型17的范疇內，計算機11在使用之前所確定的金屬溫度分布的情況下確定相應的位于錠模區域2中的、鄰接相應的表面元件6的金屬8的溫度TM。對于在帶寬方向上的焓輸入El的分布也可以考慮溫度分布。
[0151]可行的是，澆鑄裝置的幾何參數G-例如澆鑄軋輥3的軋輥直徑和帶寬b-對計算機11是事先已知的。
[0152]然而，根據圖10中所示，幾何參數G通常是被輸入給計算機11的。但是在每種情況下，計算機11在確定金屬帶I的厚度d和/或溫度T'時都考慮了所述幾何參數。
[0153]本發明能夠以多種方式來變換并設計。例如可以如此，即在帶寬方向上空間解析地確定旋轉元件形狀dU。這種方法是特別有利的，即不僅應確定金屬帶I的(平均)厚度，而且應確定金屬帶的輪廓、即金屬帶I的厚度作為在帶寬方向上的位置的函數。類似的實施方案適用于金屬帶I的溫度T'。
[0154]此外，厚度d和/或溫度T'可以經常不僅僅整體(例如關于旋轉速度V、關于澆鑄軋輥3的對稱或非對稱的設定、關于澆鑄水準面9的高度和內冷卻)地設定。在許多情況中，也可能局部地影響旋轉元件形狀dU并且也可能局部地影響熱傳導系數。在這種情況下，在帶寬方向上可以空間解析地進行模擬，并且有針對性地設定所澆鑄的金屬帶I的輪廓。上面已經提到了對于局部影響的實例。其特別地涉及，從外部施加冷卻介質10"到澆鑄軋輥3上、可能的局部加熱以及刷凈旋轉元件3，5和局部地導入導熱的惰性氣體(例如氦)。不言而喻地，對于其他所確定的參量例如旋轉元件溫度分布而言，也可以在帶寬方向上進行空間解析。
[0155]還可以更進一步地設計旋轉元件模型16。例如可以如此，即借助相應的旋轉元件模型16不僅確定溫度變化或者熱流F，而且確定絕對溫度。因此在這種情況下，確定了旋轉元件3，5自身的焓。這導致了旋轉元件3，5和其表面元件6的改良了的模擬。特別是由此可以更準確地模擬瞬間狀態。此外，旋轉元件模型16可以完整地(即從三個維度)并且可能附加地也在時間上模擬旋轉元件3，5。此外，在這種情況下，即在帶寬方向上空間解析地確定旋轉元件形狀dU時，在確定范疇中，旋轉元件模型16也可以一起考慮相應的旋轉元件3，5的內應力關系。
[0156]此外可行的是，關于位于錠模區域2中的金屬8，不僅區分固態階段和液態階段，而且也確定兩相區域(所謂的糊狀區，mushy zone)的延展。這在抽取點P2的區域中特別重要，這是因為二相區域的大小影響了有效的連鑄坯殼厚度dS并且這又影響了金屬帶I的厚度d。
[0157]還可行的是，將置于澆鑄裝置下游的設備單元列入到模擬之中。因此例如可以如下地對澆鑄裝置進行前瞻性的控制，即也考慮到了下游的軋機機座的調節界限。
[0158]本發明的不同模型-即旋轉元件模型16、冶金學凝固學模型17、成帶模型20以及可能的結構模型18和池模型23可以基于數學-物理方程。這些方程中特別地可以涉及代數和/或微分方程。替代性地，在所述模型中可以涉及神經元網絡、經驗模型和其它。如同已提到的，所述模型在帶寬方向上可以空間解析。
[0159]可行的是，在線地-也許甚至實時地-執行根據本發明的確定方法。替代性地可以是，例如當應該澆鑄新的澆桶時或者當其它方面的過程條件、例如所輸入的冷卻水10'的量或溫度改變時，預先執行根據本發明的確定方法。
[0160]本發明具有很多優點。特別是不需要具有檢測軋軋輥彎度、表面溫度、表面粗糙度及其他參量的傳感器的測量儀表。還可能的是，處理測量值并且由此消除了無效時間。
[0161]盡管通過優選的實施例在細節上詳細的闡述并說明了本發明，但本發明并不局限于所公開的實例，并且本領域技術人員可以從中推到中其他變體而不離開本發明的保護范疇。
【權利要求】
1.一種對于借助澆鑄裝置澆鑄的、具有帶寬(b)的金屬帶(I)的厚度(d)和/或溫度Cr )的確定方法， -其中，所述澆鑄裝置具有錠模區域(2)，具有金屬溫度(T)的金屬(8)澆鑄在所述錠模區域中，所述金屬溫度高于所述金屬(8)的凝固溫度， -其中，所述澆鑄裝置具有多個分別在一側界定了所述錠模區域(2)的旋轉元件(3，5)， -其中，每個所述旋轉元件(3,5)具有表面元件(6),所述表面元件以相應的旋轉速度(v)沿著相應的旋轉軌道循環地運動， -其中 一相應的所述旋轉元件(3，5)的所述表面元件(6)在相應的浸入點(Pl)處浸入到位于所述錠模區域(2)中的所述金屬(8)中， 一在所述表面元件(6)繼續向前運動期間，所述金屬(8)在已浸入的所述表面元件(6)上凝固成相應的連鑄坯殼(10)， 一所述表面元件(6)在抽取點(P2)處結束與相應的所述連鑄坯殼(10)的接觸， 一將所述金屬帶(I)在所述抽取點(P2)處從所述錠模區域(2)中抽出，并且 一所述連鑄坯殼(10)是所述金屬帶(I)的組成部分， -其中，相應的所述旋轉元件(3,5)的所述表面元件(6) -對于沿著相應的所述旋轉軌道的完整環繞而言需要相應的循環時間(tl)，并且一對于從相應的所述浸入點(Pl)到相應的所述抽取點(P2)的向前運動而言需要相應的接觸時間(t2)， -其中，除了每單位時間通過位于所述錠模區域⑵中的所述金屬⑶所引起的焓輸入(El)外,所述旋轉元件(3,5)在每個單位時間與所述旋轉元件的周圍環境交換相應的j:含量(E2)， _其中，為計算機(11)輸入 --在每個單位時間澆鑄到所述錠模區域(I)中的所述金屬(8)的量(M)和所述金屬溫度⑴、 一所述金屬(8)本身規定的特征參量(K)，以及 一對于每個所述旋轉元件(3，5)的相應的所述循環時間(tl)、相應的所述接觸時間(t2)和在每個單位時間由相應的所述旋轉元件(3，5)與所述旋轉元件的周圍環境所交換的所述焓量(E2)， -其中，所述計算機(11)執行所述澆鑄裝置的澆鑄模型(15)， -其中，所述澆鑄模型(15)包括成帶模型(20)以及對于每個所述旋轉元件(3，5)而言包括相應的旋轉元件模型(16)和相應的冶金學凝固模型(17), -其中，所述計算機(11)借助相應的所述旋轉模型(16)，根據一在每個單位時間通過位于所述錠模區域(2)中的所述金屬(8)所引起的所述焓輸入(El)、 一在每個單位時間由相應的所述旋轉元件(3,5)與所述旋轉元件的周圍環境所交換的所述焓量(E2)、 一相應的所述循環時間(tl)和 —相應的所述接觸時間(t2) 分別確定相應的所述表面元件￠)的沿著相應的所述旋轉軌道產生的溫度(TO)，并且確定在相應的所述表面元件(6)上的所述抽取點(P2)的區域中形成的旋轉元件形狀(dU),-其中，所述計算機(11)借助相應的所述冶金學凝固模型(17)，根據-所述金屬溫度(T)、 --相應的所述表面元件￠)的沿著相應的所述旋轉軌道所產生的所述溫度(T0)、 --在所述抽取點(P2)的區域中形成的相應的所述旋轉元件形狀(dU)和 一所述金屬(8)本身規定的所述特征參量(K) 在使用模擬了從所述錠模區域(2)到相應的所述表面元件(6)中的熱傳導的相應的熱傳導模型(19)的情況下，分別 一確定位于所述錠模區域(2)中的、鄰接相應的所述表面元件(6)的所述金屬(8)的溫度(TM)和 一確定從鄰接相應的所述表面元件(6)的所述金屬⑶到相應的所述表面元件(6)中的熱流(F) 一并且由此結合所述表面元件(6)的所述旋轉速度(V)，確定在所述抽取點(P2)處形成的相應的連鑄坯殼厚度(dS)， -其中，所述計算機(11)借助所述成帶模型(20)根據所述連鑄坯殼厚度(dS)和所述旋轉元件形狀(dU)確定從所述錠模區域(2)中抽出的所述金屬帶(I)的所述厚度(d)，和/或根據位于所述錠模區域(2)中的、鄰接相應的所述表面元件￠)的所述金屬(8)的所述溫度(TM)，所述計算機針對所述抽取點(P2)確定所述金屬帶(I)在此處的所述溫度(T')， -其中，所述計算機(11)繼續使用所確定的所述厚度(d)和/或所確定的所述溫度(T')或者為其他的應用提供所述厚度和/或所述溫度。
2.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于， -所述澆鑄模型(15)附加地包括池模型(23)， -所述計算機(11)借助所述池模型(23)，根據 一所述金屬溫度(T)、 —對于每個所述旋轉元件(3,5)而言相應的所述表面元件(6)的沿著相應的所述旋轉軌道所產生的所述溫度(TO)、 一對于每個所述旋轉元件(3，5)而言在所述抽取點(P2)的區域中形成的相應的所述旋轉元件形狀(dU)、 一對于每個旋轉元件(3，5)而言在每個單位時間由相應的所述旋轉元件(3，5)與所述旋轉元件的周圍環境所交換的相應的所述洽量(E2)、 一所述金屬(8)本身規定的所述特征參量(K) -結合所述錠模區域(2)的幾何屬性 在使用所述熱傳導模型(19)的情況下確定所述金屬(8)的、至少二維空間解析的金屬溫度分布作為所述錠模區域(2)中的位置的函數，并且 -所述計算機(11)在使用所述金屬(8)的所確定的所述金屬溫度分布的情況下確定位于所述錠模區域(2)中的、鄰接相應的所述表面元件(6)的所述金屬(8)的所述溫度(TM)。
3.根據權利要求1或2所述的確定方法，其特征在于， -在相應的所述旋轉元件模型(16)的范疇中，對于相應的所述旋轉元件(3，5)而言，所述計算機(11)根據 一在每個單位時間由相應的所述旋轉元件(3,5)與所述旋轉元件的周圍環境所交換的所述焓量(E2)、 一相應的所述循環時間(tl)和 —相應的所述接觸時間(t2) 確定旋轉兀件溫度分布作為至少在旋轉方向上和在垂直于所述表面兀件(6)的表面延伸的縱深方向上的位置的函數，并且 -所述計算機(11)在考慮所述旋轉元件溫度分布的情況下確定相應的所述旋轉元件形狀(dU)。
4.根據權利要求3所述的確定方法，其特征在于，所述計算機(11)通過所述旋轉元件溫度分布在所述縱深方向上的積分來確定相應的所述旋轉元件形狀(dU)。
5.根據權利要求3或4所述的確定方法，其特征在于，所述計算機(11)在相應的所述旋轉元件模型(16)的范疇內不僅確定了溫度變化或者所述熱流(F)而且確定了所述旋轉元件(3，5)的焓本身。
6.根據前述權利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述熱傳導模型(19)構造成至少在帶寬方向上空間解析的、能參數化的熱傳導模型(19)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于， -檢測從所述錠模區域(2)中抽出的所述金屬帶(I)的實際厚度(dE)和/或實際溫度(TE)，并且 -根據所檢測的所述實際厚度(dE)和/或所檢測的所述實際溫度(TE)與所確定的所述厚度(d)和/或所確定的所述溫度(T')的比較，使所述熱傳導模型(19)適配。
8.根據前述權利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，將所述澆鑄裝置的幾何參數(G)作為參數輸入給所述計算機(11)，并且在確定所述金屬帶(I)的所述厚度(d)和/或所述溫度(T')時，所述計算機(11)考慮輸入給所述計算機的所述幾何參數(G)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于， -將所確定的所述厚度(d)和/或所確定的所述溫度(T')與額定厚度(cO和/或額定溫度(T, *)相比較，并且 -根據所述比較，為影響了所述實際厚度(dE)和/或所述實際溫度(TE)的調節裝置(21)確定至少一個調節參量(S)，并且根據所確定的所述調節參量(S)驅控所述調節裝置(21)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，關于位于所述錠模區域(2)中的所述金屬(8)，所述計算機(11)不僅在固態和液態階段之間進行區分，而且也確定了二相區域的延展。
11.根據權利要求10所述的確定方法，其特征在于，所述計算機(11)在斷裂提前識別的范疇中使用所述二相區域的所述延展。
12.—種計算機程序模塊，包括能由計算機(11)直接處理的機器碼(14)，并且通過所述計算機(11)處理所述機器碼引起所述計算機(11)實施具有根據前述權利要求中任一項所述的確定方法的所有步驟的確定方法。
13.一種利用根據權利要求12所述的計算機程序模塊(12)來編程的計算機(11)。
14.一種用于澆鑄具有帶寬(b)的金屬帶(I)的澆鑄裝置， -其中，所述澆鑄裝置具有錠模區域(2)，具有金屬溫度(T)的金屬(8)澆鑄到所述錠模區域中，所述金屬溫度高于所述金屬(8)的凝固溫度， -其中，所述澆鑄裝置具有多個分別在一側界定了所述錠模區域(2)的旋轉元件(3，5)， -其中，每個所述旋轉元件(3,5)具有表面元件(6),所述表面元件以相應的旋轉速度(v)沿著相應的旋轉軌道循環地運動， -其中，相應的所述旋轉元件(3，5)的所述表面元件(6)在相應的浸入點(Pl)處浸入到位于所述錠模區域(2)中的所述金屬(8)內，并且所述金屬帶(I)在抽取點(P2)處從所述錠模區域(2)中抽出， -其中，所述澆鑄裝置對應于根據權利要求13所述的計算機(11)。
【文檔編號】B22D11/06GK104144758SQ201380011872
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年3月1日 優先權日:2012年3月1日
【發明者】約翰內斯·達格內, 托馬斯·馬楚拉特, 京特·溫特 申請人:西門子公司