Verfahren dieser Art sind in der WO 95/15233 und der EP-B1 0 813 700 sowie in der AT-B 408.198 beschrieben. Die ersten beiden Dokumente betreffen auf Prozeßmodellen beruhende Regelungsverfahren für das Zweiwalzengießverfahren, die jedoch den Nachteil aufweisen, daß erst bei Abweichen der Regelgrößen von geforderten Ist-Werten korrigierend eingegriffen werden kann, sodaß zunächst mehr oder weniger große Abweichungen vom gewünschten Zustand des Metallbandes, z. B. hinsichtlich Dicke, Gefüge etc., in Kauf genommen werden müssen, auch wenn nachfolgend eine Korrektur des Prozeßmodells vorgenommen wird, wie das in er EP-B 1 0 813 700 beschrieben ist.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Stranggießverfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das es ermöglicht, für das Metallband die Einhaltung vorgegebener Qualitätsmerkmale wie insbesondere die Ausbildung eines gewünschten Gefüges des Metalls bzw. die Sicherstellung einer bestimmten Geometrie zu ermöglichen, u. zw. für Metalle unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, d. h. für eine Vielzahl zu gießenden Stahlqualitäten bzw. Stahlgüten.

Insbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, Abweichungen der Qualität des Metallbandes von vornherein zu vermeiden, u. zw. durch Herstellen der Möglichkeit des Eingreifens in Erzeugungsstufen, bei denen ein die Qualität bestimmender zu erzielender Ist- Wert des Metallbandes noch nicht ohne weiteres erkennbar ist bzw. nicht auf direktem Wege festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Metallband und/oder zur Beeinflussung der Geometrie des Metallbandes das Stranggießen unter on-line-Berechnung unter Zugrundelegung eines die Ausbildung des bestimmten Gefüges des Metalles und/oder die Ausbildung der Geometrie des Metallbandes beschreibenden Rechenmodells durchgeführt wird, wobei die Gefügeausbildung bzw. die Geometrie beinflussende Variablen des Stranggießverfahrens on-line-dynamisch, d. h. während des laufenden Gießens, eingestellt werden.

Beim Bandgießprozeß bildet die Struktur der Gießwalzenoberflächen einen wichtigen Faktor bei der Erstarrung bzw. Gefügeausbildung. Diese Struktur wird vom flüssigen Metall nur bis zu einem gewissen Grad nachgebildet, d. h. es kommt entsprechend der Struktur der Oberfläche der Gießwalzen in bestimmten Oberflächenbereichen zu einer stärkeren und in anderen Oberflächenbereichen zu einer verzögerten Erstarrung. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise die Strukturierung der Oberfläche der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on- line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs-und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integriert.

Für die Erstarrung des Metalles an den Oberflächen der Gießwalzen ist es wesentlich, diese Oberflächen zu konditionieren, wie durch Reinigen, Besprühen, Beschichten, insbesondere durch Bespülen mit Gas bzw. mit Gasgemischen. Dieses Gas bzw. diese Gasgemische bestimmen den Wärmeübergang von der Schmelze bzw. bereits erstarrtem Metall zu den Gießwalzen hin, und es werden daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die chemische Zusammensetzung des Gases bzw. des Gasgemisches sowie die Menge und gegebenenfalls die Verteilung über die Länge der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs-und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integiert.

Hierbei werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Rechenmodell thermodynamische Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Phasen- Umwandlungskinetik beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet und wird die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt, wobei für die Simulation die Dicke des Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.

Durch die erfindungsgemäße Koppelung der Berechnung der Temperatur des Stranges mit dem Rechenmodell, das die Ausbildung eines bestimmten zeit-und temperaturabhängigen Gefüges des Metalls beinhaltet, ist es möglich, die Variablen des Stranggießverfahrens, die das Stranggießen beeinflussen, der chemischen Analyse des Metalles sowie der örtlichen Temperaturgeschichte des Stranges anzupassen. Hierdurch kann gezielt eine gewünschte Gefügestruktur im weitesten Sinn (Korngröße, Phasenausbildung, Ausscheidungen) im Metallband sichergestellt werden.

Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß eine Wärmeleitgleichung in stark vereinfachter Form angewendet werden kann und trotzdem eine hinreichend hohe Genauigkeit bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sichergestellt ist. Als vereinfachte.

Wärmeleitgleichung genügt der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Große Bedeutung kommt der Festlegung der Randbedingungen zu.

Vorzugsweise ist in das Rechenmodell ein kontinuierliches Phasen-Umwandlungsmodell des Metalles integriert, insbesondere nach Avrami.

Die Avrami-Gleichung beschreibt in ihrer allgemeinen Form alle diffusionsgesteuerten Umwandlungsvorgänge für die jeweilige Temperatur unter isothermen Bedingungen. Durch Berücksichtigung dieser Gleichung im Rechenmodell können ganz gezielt beim Stahl- Stranggießen Ferrit-, Perlit-und Bainit-Anteile eingestellt werden, u. zw. auch unter Berücksichtigung einer Haltezeit bei bestimmter Temperatur.

Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechenmodell thermodynamisch Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Ausscheidungskinetik während und/oder nach der Erstarrung, insbesondere nichtmetallischer und intermetallischer Ausscheidungen, beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet werden und die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt wird, wobei für die Simulation die Dicke des Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.

Hierbei ist vorteilhaft, daß die Ausscheidungskinetik aufgrund freier Phasenenergie und Keimbildung und Verwendung thermodynamischer Grundgrößen, insbesondere der Gibb'schen Energie, und das Keimwachstum nach Zener in das Rechenmodell integriert.

Zweckmäßig werden Gefügemengenverhältnisse gemäß Mehrstoffsystem-Diagrammen, wie z. B. gemäß Fe-C-Diagramm, in das Rechenmodell integriert.

Vorteilhaft sind in das Rechenmodell Kornwachstumseigenschaften und/oder Kornbildungseigenschaften, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Rekristallisation des Metalles, integriert. Hierbei kann eine dynamische und/oder verzögerte und/oder eine Postrekristallisation, d. h. eine Rekristallisation, die später in einem Ofen stattfindet, im Rechenmodell berücksichtigt werden.

Vorzugsweise ist als Variable des Stranggießens, die ebenfalls eine Gefügeäusbildung beeinflußt, eine während des Ausförderns des Metallbandes stattfindende ein-oder mehrstufige Warm-und/oder Kaltwalzung in das Rechenmodell integriert, wodurch auch während des Stranggießens stattfindende thermomechanische Walzungen, beispielsweise hochtemperatur-thermomechanische Walzungen, bei einer Strangtemperatur größer Ac3 berücksichtigt werden können. Als Walzungen werden erfindungsgemäß Dickenreduktionen auch nach Haspeln des Bandes und auch in Niedrig-Temperaturbereichen (z. B. bei 200- 300°C), die auch on-line durchgeführt werden können, d. h. ohne vorherige Haspelung angesehen.

Weiters wird vorzugsweise mit dem Rechenmodell auch der mechanische Zustand, wie das Verformungsverhalten, durch Lösen weiterer Modellgleichungen, insbesondere durch Lösen der kontinuumsmechnischen Grundgleichungen für das visco-elasto-plastische Werkstoffverhalten, ständig mitgerechnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mengenmäßig definiertes Gefüge durch Aufbringen einer on-line errechneten Strangverformung, welche eine Rekristallisation des Gefüges bewirkt, eingestellt wird.

Weiters wird zweckmäßig eine thermische Beeinflussung der Metallschmelze und bereits erstarrten Metalles durch die Gießwalzen unter on-line Erfassung der Gießwalzenkühlung in das Rechenmodell integriert.

Es ist zusätzlich von Vorteil, wenn eine thermische Beeinflussung des Metallbandes, wie Kühlen und/oder Erhitzen, in das Rechenmodell integriert ist. Hierbei sind gegebenenfalls Unterschiede zwischen dem Rand und dem Mittenbereich des Metallbandes zu beachten.

Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in das Rechenmodell ein Walzprozeßmodell, vorzugsweise ein Warmwalzprozeßmodell, integriert ist, wobei das Walzprozeßmodell zweckmäßig eine Walzkraftberechnung und/oder eine Walzbiegekraftberechnung und/oder für speziell profilierte Walzen eine Walzverschiebungsberechnung und/oder eine Walzendeformationsberechnung und/oder für thermisch verursachte Walzgeometrieänderungen eine Verformungsberechnung integriert hat.

Erfindungsgemäß lassen sich mit dem Rechenmodell mechanische Eigenschaften des Metallbandes, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung usw., im Voraus errechnen, sodaß bei Feststellen einer Abweichung dieser vorausberechneten Werte von vorbestimmten Zielwerten rechtzeitig korrigierend eingegriffen werden kann, u. zw. in den jeweils am besten hierfür geeigneten Erzeugungsstufen, d. h. beim Erstarren und nachfolgenden thermischen Beeinflussen bzw. beim anschließenden Walzen, Rekristallisieren etc.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die dargestellte Fig. eine Stranggießanlage der eingangs beschriebenen Art in schematischer Darstellung veranschaulicht.

Zum Gießen eines dünnen Bandes 1, insbesondere eines Stahlbandes mit einer Dicke zwischen 1 und 10 mm, dient eine von zwei parallel zueinander und nebeneinander angeordneten Gießwalzen 2 gebildete Stranggießkokille. Die Gießwalzen 2 bilden einen Gießspalt 3, den sogenannten"Kissing-point", an dem das Band 1 aus der Stranggießkokille austritt. Oberhalb des Gießspaltes 3 ist ein Raum 4, der von einer eine Abdeckung bildenden Abdeckplatte 5 nach oben abgeschirmt ist, gebildet und der zur Aufnahme eines Schmelzbades 6 dient. Die Metallschmelze 7 wird über eine Öffnung 8 der Abdeckung, durch die ein Tauchrohr in das Schmelzbad 6 bis unter den Badspiegel 9 ragt, zugeführt. Die Gießwalzen 2 sind mit einer nicht dargestellten Innenkühlung versehen. Seitlich der Gießwalzen 2 sind Seitenplatten zur Abdichtung des das Schmelzbad 6 aufnehmenden Raumes 4 vorgesehen.

An den Oberflächen 10 der Gießwalzen 2 kommt es jeweils zur Bildung einer Strangschale, wobei diese Strangschalen im Gießspalt 3, d. h. am Kissing-point, zu einem Band 1 vereinigt werden. Zur optimalen Bildung eines Bandes 1 mit in etwa gleichmäßiger Dicke - vorzugsweise mit leichter normgerechter Wölbung-ist es wesentlich, daß. im Gießspalt 3 eine spezifische Walzkraftverteilung, z. B. in Rechteckform oder Faßform, vorliegt.

Zur Konstanthaltung der Struktur der Oberflächen der Gießwalzen können Bürstensysteme vorgesehen sein, deren Bürsten an die Oberflächen 10 der Gießwalzen 2 anstellbar sind.

Zur Qualitätssicherung des gegossenen Stahlbandes 1 dient ein Rechner 11, in den Maschinendaten, das gewünschte Format des Metallbandes, Materialdaten, wie die chemische Analyse der Stahlschmelze, der Gießzustand, die Gießgeschwindigkeit, die Flüssigstahltemperatur, mit der die Stahlschmelze zwischen die Gießwalzen eintritt, sowie das gewünschte Gefüge und gegebenenfalls eine Verformung des Stahlbandes, die on-line oder auch außerhalb der Stranggießanlage stattfinden kann, eingegeben werden. Der Rechner errechnet anhand eines metallurgischen Rechenmodells, das die Phasenumwandlungkinetik und Keimbildungkinetik beinhaltet, und anhand eines thermischen Rechenmodells, das die Temperaturanalyse aufgrund der Lösung einer Wärmeleitungsgleichung ermöglicht, verschiedene die Qualität des Warmbandes beeinflussende Parameter, wie eine Temperaturbeeinflussung der Stahlschmelze und/oder des Stahlbandes sowie weiters die Innenkühlung der Gießwalzen, die Gasbeaufschlagung der Gießwalzen, den Verformungsgrad des mittels eines im dargestellten Beispiel on-line angeordneten Walzgerüstes 12, sowie gegebenenfalls Haspelbedingungen für den Haspel 13, etc.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Rechenmodell basiert im wesentlichen auf einem Bandgießmodell und einem Walzmodell. Ersteres beinhaltet ein Gießwalzen-, Erstarrungs-, Seigerungs-, Primärgefüge-, Phasenumwandlungs-und Ausscheidungsmodell. Das Walzmodell beinhaltet ein thermophysikalisches Modell, ein Phasenumwandlungs-, Warmwalz-, Ausscheidungs-, Rekristallisations-und Korngrößenmodell sowie ein Modell für eine Vorhersage mechanischer Kenngrößen.

Für die Ersterstarrung an den Gießwalzen 2 ist die Strukturierung der Gießwalzenoberflächen 10 ausschlaggebend. Das Oberflächenprofil der Gießwalzen 2 wird dabei vom Stahl 7 nachgebildet, allerdings nur bis zu einem gewissen Grad. Aufgrund der Oberflächenspannung des Flüssigstahles 7 werden dabei oft"Täler"überspannt, in denen sich Medien (z. B. Gase) einlagern. Da die Gase die Wärmeabfuhr vom Flüssigstahl 7 zu den Gießwalzen 2 hin vermindern, wird die Erstarrung verzögert.

Das Zusammenspiel zwischen speziell geschaffenen Gießwalzenoberflächen 10 und verschiedenen Gasmischungen wird genutzt, um eine für den Gießvorgang geeignete Temperatur einzustellen. Dazu ist es notwendig, die Beschaffenheit der Gießwalzenoberflächen 10 genau zu kennen und zu beschreiben. Dies geschieht durch Vermessen der Gießwalzenoberfläche nach fertiger Oberflächenbearbeitung an mehreren Punkten (idealerweise mehrere Male in axialer Richtung, z. B. mit einem hochsensiblen Meßstift). Die so gewonnenen Oberflächenprofile werden nun gefiltert und in Klassen eingeteilt.

Für jede dieser Klassen werden off-line durch Strömungssimulationen und Versuche Wärmeübergänge ermittelt und somit jeder Oberflächenklasse eine bestimmte Verteilung an Wärmeflüssen zugeordnet. Diese Wärmefluß/Temperaturverteilungen werden an die nachgeschalteten Programmteile übergeben.

Eine Voreinstellung der (integralen) Wärmeflüsse kann durch die Einstellung der Gießwalzentemperatur ermöglicht werden. Diese wiederum ist durch die Gießwalzenwerkstoffe, die Kühlwassertemperatur und die Kühlwassermenge bestimmt.

Der erste Schritt dieses Rechenmodells besteht somit darin, den Zustand der Gießwalzenoberfläche zu beschreiben und die zugehörigen Wärmeübergänge (Oberflächen- "Berge", gasgefüllte"Täler", Übergangsgebiete) zu errechnen und in Klassen einzuteilen (Fuzzyfizierung) sowie die jeweiligen Temperaturen zu übermitteln.

In einem zweiten Schritt wird die Primärerstarrung zu den verschiedenen Klassen errechnet.

Hierzu wurde vorher in Versuchen die Primärerstarrung (Dendritenwachstum, -ausrichtungen,-längen,-armabstände) anhand von Erstarrungsversuchen bestimmt und gleichzeitig mit Simulationsrechnungen in Kombination mit (oder durch Verwendung eines statistischen Modells = zellularen Automaten) dem Temperaturmodell nachgerechnet. Ziel dieses Schrittes ist die Errechnung der Größenverteilung und Wachstumsrichtung der Dendriten.

In diesem Schritt werden (nahezu) parallel wachsende Dendriten zu Körnern zusammengefaßt. Das Ergebnis dieses Schrittes ist die Abschätzung der Korngrößenverteilung und ev. eines Formfaktors (Länge/Breite).

Zur Bestimmung von Seigerungen und Ausscheidungen dienen ein Seigerungsmodell und ein Ausscheidungsmodell. Letzteres bestimmt in Kombination mit dem Temperaturmodell für die jeweilige Bandposition den Grad der Ausscheidungsvorgänge, die fuzzyfiziert werden.

Mittels eines mechanischen Modells, welches zusammen mit dem Temperaturmodell die entstehenden Gefügespannungen ermittelt und fuzzyfiziert, ist es möglich, Rißbildungen vorherzusagen.

Alle Parameter werden einem Walzmodell übergeben, dessen Ziel es ist, Vorhersagen über Gefüge, mechanische Parameter sowie Kühlbedingungen im Auslaufteil und geometrische Parameter, wie z. B. Planheit, vorherzusagen.

Alle fuzzyfizierten Parameter werden einem on-line Berechnungsmodell übergeben, welches anhand des ständig mitlaufenden Temperaturmodells die aktuellen Bedingungen für das Stahlband 1 ermittelt und gegebenenfalls mittels Steuerkreise auf die Steuerparameter Einfluß nimmt.

Aus bereits produzierten Bändern werden Qualitätsmerkmale wieder zurückgeleitet und gespeichert sowie mit den Herstellparametern korreliert. In einer selbstlernenden Schleife werden neue Verfahrensparameter vorgeschlagen.

Beispiele für Rechenmodelle, wie sie für die Erfindung angewendet werden können, finden sich in der österreichischen Patentanmeldung A 972/2000.