用于铸造和轧制无头连铸坯材的方法和铸造轧制设备与流程

本发明涉及一种用于由金属、特别是钢铸造和轧制无头连铸坯材的方法以及铸造轧制设备。

背景技术：

例如，在图1中示出了已知的用于铸造和轧制无头连铸坯材的铸造轧制设备。在此示出的铸造轧制设备100包括连续铸造机110、连接在连续铸造机之后的轧制机组120、连接在轧制机组之后的冷却区间170、连接在冷却区间之后的分割装置180以及用于卷起连铸坯材200的卷取装置190。具体地，连续铸造机110包括结晶器111、设置在结晶器111之后的连铸坯引导部112以及典型地分割装置180。分割装置180用于分割所谓的冷却连铸坯材。在结晶器111的最初被冷却的壁处，熔液在结晶器中凝固并且以这种方式形成连铸坯材的坯壳。由此形成的内部还是液态的连铸坯材在从结晶器111中离开之后在连铸坯引导部112中借助于连铸坯导辊113支撑并且从垂直方向转向到水平方向上。为了该目的，连铸坯导辊113_i至少部分地借助于驱动部114_i主动地被驱动。驱动部114_i被连铸坯导辊驱动控制部117操控。典型地，轧制机组120包括n＝1至n个轧制机架122_n，典型地，分别为轧制机架122_n分配用于驱动其轧辊的驱动部124_n。n＝1至l(l＝3)个第一轧制机架122_1至3形成一组粗轧机架，分别为其分配驱动部124_1至3。在粗轧机架之后连接加热部、优选地感应加热部129，以便在粗轧的连铸坯材随后进入(精)轧机架122_4至n的组中并且在那里被精轧至期望的终轧厚度之前，将粗轧的连铸坯材200加热至期望的精轧温度。典型地，为各单个轧制机架122_n分配独立的驱动部124_n，其可单独地被上级的驱动控制部128操控。在图1中以附图标记x表示路径坐标，其同样表示铸造方向或材料流动方向。

图2示出了已经参考图1描述的且在现有技术中已知的铸造轧制设备100的细节视图。只要在图2中示出相同的技术元件，则其通过与在图1中相同的附图标记表示。就此而言，用于图1的相同的描述适用于图2。此外，仅仅应提及的是，与连铸坯导辊113_i不同地，利用附图标记113a表示的连铸坯导辊未被驱动。此外，在连铸坯引导部112中以附图标记x_s_ist示出了液池尖端160以及其沿着路径坐标x的实际位置。最终可看出，利用附图标记h0表示连铸坯材200在连续铸造机110的输出部处的厚度，利用附图标记h1表示在第一轧制机架的输出部处的厚度，并且利用附图标记h2表示在第二轧制机架的输出部处的厚度。

在制造无头连铸坯材200时或在无头轧制时的重要特征在于，连铸坯材200从其在结晶器111中产生开始经由其在连铸坯引导部112中的完全凝固直至在轧制机组120中轧制或厚度减小是未被切断的。以上所述的冷却连铸坯在连铸坯引导部112的输出部处的分割与其不矛盾，因为冷却连铸坯还不是实际的无头连铸坯材。借助于图1中的分割装置180直接在卷取装置190之前才进行无头连铸坯材的分割，以便之后将之前无头地轧制的连铸坯材200适当地切割成期望的卷长度。

由质量流守恒定律，在例如在无头轧制中存在的联接的铸造轧制过程中，质量流原则上在铸造轧制设备100的每个部位处都是恒定的。然而，例如当连铸坯材200积聚(那么其形成回环)或者当其被拉长(在极限情况中连铸坯材也可被拉断)时，可出现该恒定性的扰动。在质量流中的这种不连续性的原因例如在于，铸造机未连续地输送材料或质量流，或者卷取装置未用于充分地导出质量流或连铸坯材。

对于连续铸造机(对其自身考虑)存在的想法是，如何可恒定地保持或调节质量流；例如见欧洲专利文献ep1720669b1。在德国专利申请de2833756a1中描述了在(精)轧制机组之内的质量流调节。

另一用于特别是在(精)轧制机组之内调节质量流的可能性在于，将用于轧材的储存单元安装到质量流中并且通过合适地改变所储存的连铸坯材的体积控制或调节质量流。这种储存器可例如以回环储存器的形式实现。然而，根据材料，在大于20mm的连铸坯材的材料厚度中，由于高的刚度不能形成回环。因此，在所述的大的材料厚度时，刚好在铸造机之后的区域中不能使用这种方案。

例如，从日本专利申请jp2007185703a中已知一种回环控制部。

然而，现有技术中的两个文献的技术教导如所述的那样仅仅涉及单个的设备部件，然而不涉及用于两个设备部件，连续铸造机和轧制机组的整体解决方案。在欧洲专利文献ep2346625b1中公开了用于整体解决方案、确切地说在连续铸造机和轧制机组之间同步的建议。具体地，该专利文献提出，在连铸坯材在轧制机组中厚度变化期间使用轧材从布置在前方的设备、例如铸造机中的离开速度。然而，所述专利文献未提出该技术教导的详尽实施方案。然而，在更详尽地考虑该解决方案时表明的缺点是，配备有数兆瓦的功率强的轧制机组的主驱动部必须跟随连续铸造机的实施成具有仅仅几千瓦的驱动部，其预先规定了连铸坯材从连续铸造机中的离开速度。这在调节技术上是不利的，因为调节技术方面的性能、也就是说驱动部的动力随着马达的大小而下降。因此，与大的马达跟随小的马达相比，总是更加有利的是小的马达跟随大的马达。

日本专利文献jp56114522公开了一种铸造轧制设备，在其中，刚刚铸造的金属带首先经过传动辊对并且紧接着经过至少一个轧制机架。不仅传动辊而且第一轧制机架的工作轧辊分别被旋转驱动。借助于调节部将传动辊的转矩保持恒定。具体地，这通过以下方式实现，即，轧制机架的工作轧辊的转速用作调整参数并且被适当改变，以使传动辊的转矩保持恒定。

此外，仅仅作为技术背景，参考日本专利申请jp55014133a、jp55014134a和jp60221103a。

技术实现要素：

本发明的目标是，改进用于铸造和轧制连铸坯材的已知的方法和已知的铸造轧制设备，使得在两个所述设备部件中值相同的且恒定的质量流方面，上级地使连续铸造机以及轧制机组的驱动部同步。

在方法方面，该目标通过在权利要求1中要求保护的方法实现。其特征在于，轧制道次表模型预先规定用于轧制机组的第一轧制机架的驱动部的理论转速作为理论值预设，并且连续铸造机驱动模型预先规定用于至少一个被驱动的连铸坯导辊的驱动部的理论转矩作为理论值预设。

根据该要求保护的解决方案，第一轧制机架的典型地功率非常大的驱动部以预先规定的方式获得理论转速，而特别是支承于前方的被驱动的连铸坯导辊的所有驱动部同时未以预先规定的方式获得转速而是代替地获得理论转矩，该要求保护的解决方案有利地引起，第一轧制机架不仅预先规定了在轧制机组之内的而且也预先规定了在支承于前方的连续铸造机之内的速度进而质量流。就此而言，第一轧制机架用作“速度主导”或“质量流主导”。在此，由在第一轧制机架的进入部和离开部处的连铸坯材的厚度以及第一轧制机架的工作轧辊的转速得到该质量流。借助于轧制道次表模型确定并预先规定稍后还将描述的转速。在此计算并且相应地考虑在第一轧制机架的轧辊的圆周速度之前的提前量。在连续铸造机之内的连铸坯导辊的驱动部仅仅以预先规定的方式获得理论转矩然而未获得理论转速，这给出的优点是，连铸坯导辊的转速以及特别是被驱动的连铸坯导辊的转速也自动地鉴于由第一轧制机架预先规定的质量流而调整。换句话说，在连铸坯引导部中的连铸坯导辊的驱动部、确切地说转速跟随通过第一轧制机架预先规定的质量流、确切地说通过第一轧制机架预先规定的速度。由此，补偿了在由轧制道次表模型进行的质量流计算中的小的误差。要求保护的解决方案的另一优点在于，不仅在连铸坯导辊中而且在轧制机架的轧辊中可精简转速检测。要求保护的在用于连铸坯导辊的力矩预设同时仅仅在第一轧制机架中的转速预设有利地自动地实现了在两个设备部件中、也就是说不仅在连续铸造机中而且在轧制机组中的期望的质量流恒定性。

如果根据第一实施例轧制机组具有多于一个轧制机架，典型地n＝2至n个轧制机架，则本发明设置成，轧制道次表模型分别也为在第一轧制机架之后的轧制机架n＝2至n的轧辊的驱动部预先规定单独的理论转矩。由此保证，第一轧制机架一如既往地保持唯一的“速度主导”或“质量流主导”，因为，由于理论转矩预设，随后的轧制机架n＝2至n的轧辊的转速或旋转速度是自由的。由于要求保护的、在连续铸造设备和轧制机组之内仅仅唯一的驱动部中的理论转速预设，确保不出现例如由于驱动部未与转速预设准确同步而引起的在质量流恒定性方面的扰动。根据该要求保护的解决方案，仅仅唯一的驱动部以预先规定的方式获得理论转速，而不仅在连续铸造机中的而且在轧制机组中的所有其他驱动部跟随，由于该要求保护的解决方案根据本发明有利地，所有其他驱动部的转速自动地调整，如根据质量流守恒定律由第一轧制机架预先规定的质量流所需要的那样，而为此不需要受控的同步。

可对于连铸坯材的任意厚度实现以上描述的用于在轧制机组中随后的轧制机架n＝2至n的单独的理论转矩预设。作为其替代，存在的可能性是，当在第k个轧制机架(2≤k＜n)的离开部处的连铸坯材的厚度低于预先规定的厚度阈值时，仅仅为轧制机架n＝2至k的驱动部分别预先规定单独的理论转矩。那么，在该替代方案中，不为剩余的轧制机架n＝k+1至n预先规定用于轧制机架的驱动部的理论转矩，而是代替地借助于受控的连铸坯材的回环形成使(在质量流方向上观察)在第k个轧制机架之后的质量流保持恒定。然而，仅仅在所述条件下可以实现本发明的该替代的设计方案，即，连铸坯材的材料具有用于回环形成的足够的弹性或足够的柔性；该弹性或柔性主要由连铸坯材的所述厚度阈值代表。

为了控制回环形成，有利地在回环储存器中预先规定的理论位置、也就是说预先规定的理论体积方面分别监控连铸坯材的回环的当前位置。

在出现偏差时，相应地修正相邻机架的转速，其中，可选择性地将修正值结合到布置在之前的或之后的机架上。厚度阈值例如为40-20mm。其与连铸坯材的材料性能，例如与连铸坯材的弹性模量相关。

此外有利的是，监控连铸坯导辊中的至少一个连铸坯导辊的滑差，并且当识别到被监控滑差的连铸坯导辊的滑转危险时，在需要的情况下进行反向控制。

有利地，通过合适地改变调整参数，将连铸坯材的液池尖端在连铸坯引导部中的位置调节到预先规定的理论位置上。为了该目的，在相应的调节回路中借助于凝固模型模拟调节段，也就是说在连续铸造机中的凝固过程。调整参数由调节器计算量并且输出到凝固模型处。可影响液芯尖端的位置的调整参数特别地为连铸坯材在铸造机中的冷却强度，连铸坯材在连铸坯引导部之内的确定部位处和在连铸坯引导部的输出部处的横截面规格、特别是厚度，铸造速度以及铸造机的几何形状。

铸造机的几何形状反映其机械结构，即，例如长度、滚轮的位置、结晶器的造型、冷却部的布置方案等。

在铸造轧制设备已安顿的状态中，所述调整参数如果有也只是非常小地波动。根据本发明，所述调整参数中的两个，具体地在连续铸造机的输出部处的连铸坯材厚度和铸造速度分别在已安顿的状态中用作用于轧制道次表模型的输入参数。由这些输入参数以及优选地附加地根据在轧制机组的第一和第二轧制机架的输出部处所测量的连铸坯材厚度的标准，轧制道次表模型计算用于第一轧制机架n＝1的驱动部的理论转速和用于随后的轧制机架n＝2至n的驱动部的理论转矩，之后轧制道次表模型将其输出到用于轧制机架的驱动部的驱动操控部处。

此外，根据本发明设置成，连续铸造机驱动模型根据用于在连铸坯引导部的输出部处的连铸坯材厚度的值和用于铸造速度的值的标准，分别在铸造轧制设备已安顿的状态中，并且根据用于连铸坯拉伸总力矩的值的标准和在连铸坯引导部之内以及在连铸坯引导部的输出部处的坯壳厚度和连铸坯材的温度(变化曲线)，计算并且预先规定用于至少一个被驱动的连铸坯导辊的驱动部的理论转矩。

有利地，连续铸造机驱动模型以适当分步的方式在连铸坯引导部的长度上预先规定用于连铸坯导辊的驱动部的理论转矩，确切地说，在考虑连续铸造机几何形状、连铸坯拉伸总力矩以及在考虑在连铸坯引导部的长度上的坯壳的厚度以及连铸坯材温度(变化曲线)的情况下。

在铸造连铸坯时，可由各个连铸坯辊力矩的总和确定或者通过凝固模型确定连铸坯拉伸总力矩。

有利地，由连续铸造机驱动模型预先规定理论转矩，使得，理论转矩在从结晶器输出部直至连铸坯材的液芯尖端在连铸坯引导部之内的实际位置的第一区域中在量上增加，并且在从液芯尖端的位置直至连续铸造机的冶金长度的第二区域中在量上保持恒定。

最终有利的是，用于理论转速的值的变化和/或用于转矩的理论值的变化不是突变式地、而是在时间上缓慢增加或下降地、例如斜坡式地进行。以这种方式保证，驱动部的动态负载不过大。

此外，通过动态地通过连铸坯导辊的柔性调整进行铸造厚度调整并且同时使理论转矩相匹配，该方法也能实现在正在进行的运转中匹配轧制厚度h0至hn。这通过凝固模型和连续铸造机驱动模型的结合确定。例如用于匹配轧制厚度的控制命令符合时间和地点地继续被传输到相应的支撑辊调整部和其驱动部处。轧制机组通过此时利用相应改变的边界条件重新确定控制参数的轧制道次表模型同样符合时间和地点地获得用于转速、力矩的新的理论值和轧制厚度h1至hn。由此，在不必重新起动设备的情况下实现精轧带的厚度变化。

此外，在装置技术方面，本发明的以上所述的目标通过根据权利要求14要求保护的铸造轧制设备实现。该解决方案的优点原则上对应于以上参考要求保护的方法所述的优点。重要的是，整个铸造轧制设备、也就是说特别是轧制道次表模型单元和连续铸造机驱动模型单元构造成用于执行根据本发明的方法。

根据本发明的铸造轧制设备优选地包括用于调节连铸坯材的液芯尖端在连铸坯引导部之内的位置的液芯尖端调节回路、滑差检测单元和/或质量流调节回路，质量流调节回路用于调节在轧制机组的两个、优选是相邻的轧制机架之间的连铸坯材的质量流，当连铸坯材在此处是弹性的或柔性的、适合用于形成回环时，例如当其在轧制机架之间的厚度低于预先规定的厚度阈值时。

轧制机组可具有n＝1至l个粗轧机架和n＝l+1至n个精轧机架。在这种情况中，根据本发明为其预先规定理论转速的轧制机组的第一轧制机架为粗轧机架。

根据本发明的方法和根据本发明的铸造轧制设备的有利设计方案是从属权利要求的对象。

附图说明

本发明总共附有六个附图，其中：

图1示出了根据现有技术的铸造轧制设备；

图2示出了根据图1的现有技术的铸造轧制设备的细节图；

图3示出了连续铸造机和轧制机组的驱动部的根据本发明的上级同步的示意图；

图4示出了凝固模型，其用于利用其输入和输出参数计算液芯尖端的位置；

图5示出了连续铸造机驱动模型，其用于利用其输入和输出参数计算在连铸坯引导部之内各个被驱动的连铸坯导辊的驱动部的力矩分布；以及

图6示出了借助于连铸坯材的受控的回环形成进行质量流调节的示例。

具体实施方式

下面以实施例的形式参考图3至6详细描述本发明。

图3示出了基于本发明的用于操控在连续铸造机110中以及在轧制机组120中的驱动部的图解。根据本发明的方案的起始点是用于将液芯尖端的位置调节到在连铸坯引导部112之内的预先规定的理论位置x_s_soll上的调节回路130。理论位置x_s_soll相应于路径分量x的预定位置。液芯尖端调节回路130设置成，借助于凝固模型134模拟或理论计算液芯尖端130的分别当前的实际位置，凝固模型形成液芯尖端调节回路130的调节段。将由此确定的实际位置x_s_ist与预先规定的理论位置x_s_soll相比较并且将在比较时可能确定的偏差作为调节参数输送给调节器132作为输入参数。之后，调节器根据调节偏差的标准并且基于预先规定的调节策略确定用于确定的调整参数133的合适的值，其适合用于影响液芯尖端的位置。该调整参数特别地为：连铸坯材在结晶器之内和/或在连铸坯引导部之内、也就是说总地在铸造机之内的冷却强度，连铸坯材在连铸坯引导部之内和之外的确定部位处的横截面规格、特别是厚度h(x)，铸造速度v_g和铸造机的几何形状。由调节器获得的合适的值或值的变化作为输入参数133被输送给凝固模型。在铸造轧制设备100且特别是连续铸造机110已安顿的状态中，所述调整参数133如果有也只是少量地变化。可预期到，由凝固模型基于被输送的改变的输入参数重新计算的液芯尖端160的实际位置更好地与期望的理论位置相适应；见图4。

这些参数中的两个，即连铸坯材200在连铸坯引导部112的输出部处的厚度h0以及用于铸造速度v_g的值分别在连续铸造机110已安顿的状态中作为输入参数被结合到用于轧制机组120的轧制道次表模型126上。此外，优选地也将在第一和第二轧制机架的输出部处的厚度h1、h2作为输入参数输送给轧制道次表模型。也可由轧制道次表模型独立地确定该厚度h1和h2。例如，可能在目标厚度hn的准则和轧制机架的负载极限的情况下这是有利的。那么，轧制道次表模型126根据所述输入参数的标准首先计算用于第一轧制机架n1的驱动部124_1的理论转速n1_soll，并且，如果在轧制机组120中存在的话，计算用于剩余的轧制机架122n2至122_n的驱动部124_n的理论转矩mn_soll。由此计算的用于第一轧制机架122_1的驱动部124_1的理论转速n1_soll之后被输出到轧制机组的驱动控制部128处，以便其再次相应地操控驱动部124_1。如有可能，在考虑修正值d_n的情况下，将用于第一轧制机架的理论转速预先规定给驱动控制部128。

原则上通过驱动控制部128将由轧制道次表模型126计算的理论转矩mn_soll结合到驱动部124_n(2＜n≤n)上。原则上可对于任意薄的连铸坯材、特别是具有＞0.6mm的厚度的连铸坯材实现这种用于驱动部的力矩结合。在图3中未示出该第一替代方案。

相反地，图3示出了用于这样的情况的第二替代方案，即，在第k个轧制机架122_k(k≥1)之后的连铸坯材的厚度低于预先规定的厚度阈值h_lim。在这种情况中，作为第一替代方案的替代，根据第二替代方案可设置成，用于轧制机架122_n(k+1＜n≤n)的驱动部124_n(k+1＜n≤n且k≥1)不被由轧制道次表模型预先规定的理论转矩加载，以便在该轧制机架的区域中也相应于由第一轧制机架122_1预先规定的质量流保持质量流恒定。代替地，通过以下方式保持在随后的机架的区域中的质量流恒定，即，至少在这些机架中的各单个机架之间设置回环调节部。

在图6中示出了用于本身已知的质量流调节回路140的示例，其中，借助于质量流观察器142观察并检测在两个机架之间的质量流，以便随后质量流调节器144可将合适的控制信号输出到驱动控制部128或支承于回环储存器之前和/或之后的轧制机架122_n的驱动部处。

如此外可在图3中看出的那样，所述调整参量，也就是说连铸坯材200在连续铸造机110的输出部处的厚度h0以及在已安顿的状态中的铸造速度v_g不仅被输送给用于轧制机组的轧制道次表模型126，而且被输送给连续铸造机驱动模型115，作为输入参数。此外，只要连铸坯材尚未完全凝固，其接收由凝固模型计算的壳厚度沿着路径分量x的分布f(x)，同样由凝固模型计算的连铸坯材200沿着路径分量x的厚度分布h(x)，以及预先规定的总拉伸力矩m_g，其相当于在连铸坯引导部之内的各单个驱动部的所有理论转矩的总和。根据这些输入参数，连续铸造机驱动模型115计算用于在连铸坯引导部112之内的各单个驱动部114_i的合适的理论转矩mi_soll。该理论值通过连铸坯导辊驱动控制部117输出到驱动部114_i处；也见图5。

图5示出了带有其输入参数的所述连续铸造机驱动模型115，其对输入参数进行评估，以从中计算用于在连铸坯引导部112之内的各单个驱动部114_i的需预先规定的理论转矩mi_soll沿着路径分量x的合适分布。如可在图5中看出的那样，理论转矩的量在x方向上首先从结晶器的输出部开始增加，直至液芯尖端的实际位置x_s_ist的高度达到预先规定的最大值。之后，在连铸坯引导部之内保持该用于驱动部的转矩的最大值，直至达到其冶金的长度l_g。

附图标记列表

100铸造轧制设备

110连续铸造机

111结晶器

112连铸坯引导部

113_i第i个被驱动的连铸坯导辊

113a未被驱动的连铸坯导辊

114_i用于第i个连铸坯导辊的驱动部

115连续铸造机驱动模型

117连铸坯导辊驱动控制部

118滑差检测单元

120轧制机组

122_n第n个轧制机架

124_n用于第n个轧制机架的轧辊的驱动部

126轧制道次表模型

128驱动控制部

129感应加热部

130液芯尖端调节回路

132调节器

133调整参数(＝凝固模型的输入参数)

134调节段＝凝固模型

140质量流调节回路

142质量流观察器

144质量流调节器

160液芯尖端

170冷却区间

180分割装置

190卷取装置

200连铸坯材

d_n用于第一轧制机架的理论转速的修正值

f(x)在位置x处的连铸坯材的壳的厚度

g(x)在位置x处的连铸坯材的温度

h(x)在位置x处的连铸坯材的厚度

h0在连续铸造机的输出部处的连铸坯材的厚度

h1在n＝1的轧制机架的输出部处的连铸坯材的厚度

h2在n＝2的轧制机架的输出部处的连铸坯材的厚度

hk在第k个轧制机架的输出部处的连铸坯材的厚度

hn在离开轧制机组时热轧带的厚度

h_lim用于连铸坯材的预先规定的厚度阈值

i连铸坯导辊的运转参数或轧制机架的编号

k参数

l在轧制机组中的粗轧机架的数量

l_g连续铸造机的冶金长度

m_g总拉伸力矩

mi_soll用于第i个连铸坯导辊的理论转矩

mn_soll用于第n个轧制机架的理论转矩

n轧制机架的运转参数或轧制机架的编号

n轧制机架的最大编号或在轧制机组中的最后一个轧制机架

nn_soll用于第n个轧制机架的理论转速

n1_soll用于第1个轧制机架的理论转速

v_g铸造速度

x在铸造方向上的路径坐标＝在材料流动方向上的路径坐标

x_s_ist液芯尖端的实际位置

x_s_soll用于液芯尖端的位置的理论位置