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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Giessvorganges in einer Zweiwalzen- giesseinrichtung ohne Anwendung eines Anfahrstranges sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zur Herstellung eines kontinuierlich gegossenen Metallstranges unbestimmter Länge werden im Wesentlichen gekühlte Kokillen mit einem durchgehenden Formhohlraum eingesetzt, in wel- chem die eingangsseitig eingebrachte Metallschmelze zumindest im Kontaktbereich mit den Form- hohlraumwänden erstarrt. Ausgangsseitig wird ein im Wesentlichen durcherstarrter Metallstrang aus der Kokille abgezogen. Beim Start des Giessvorganges ist eine Erstfüllung des Formhohlrau- mes mit Metallschmelze durchzuführen, wobei insbesondere bei vorwiegend vertikaler Ausrichtung des Formhohlraumes ein zur Gänze durcherstarrtes Anfangsstück erzielt werden muss, damit die Metallschmelze nicht unkontrolliert die Kokille durchströmt und aus ihr austritt.
Hierbei kommt vor allem der Giessdicke des zu erzeugenden Metallstranges, den Erstarrungsbedingungen und der in der kurzen Aufenthaltszeit in der Kokille durch die Formhohlraumwände abführbaren Wärmemenge wesentliche Bedeutung zu.
Um den unkontrollierten Austritt von Metallschmelze aus der Kokille in der Startphase des Giessprozesses sicher zu vermeiden, wird üblicherweise vor Giessbeginn ein Anfahrstrang in die Kokille eingebracht, der den Austrittsquerschnitt des Formhohlraumes weitgehend aber nicht zwangsläufig vollständig verschliesst und erst nach Ausbildung einer festen Verbindung der einge- brachten Schmelze mit dem Anfahrstrangkopf und einer ausgeprägten Strangschale mit ausrei- chender Dicke entlang der Formhohlraumwände mit einem Treibrollenpaar aus der Kokille ausge- fördert wird. Dieses Anfahrverfahren erfordert bei jedem Neustart der Giessanlage zumindest einen neuen an den Anfahrstrang ankoppelbaren Anfahrstrangkopf.
Ein derartiger Anfahrstrang, wie er bei von Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildeten Bandstahl-Giesskokillen verwendet wird, ist beispielsweise aus der US-A 4,719,960 bekannt.
Ein Anfahrstrang für die spezielle Anwendung in einer Zweiwalzen-Giessanlage ist in der EP-A 208 642 beschrieben. Dieser Anfahrstrang enthält einen Anfahrkopf mit zwei von dünnen Blechstreifen gebildeten Flanschen, die an den Mantelflächen der Giesswalzen anliegen und so einen Raum für die Aufnahme der einströmenden Metallschmelze bilden. Unmittelbar nach der ersten Strangschalenbildung erfolgt das Ausfördern des Anfahrstranges und des angegossenen Bandes aus dem von den Giesswalzen gebildeten Giessspalt.
Bei sehr geringen Giessdicken, vorzugsweise unterhalb von 5,0 mm Giessdicke, ist ein Anfahr- strang nicht zwingend notwendig, da durch die schnelle Erstarrung der Metallschmelze an den Kokillenwänden der offene Giessspalt innerhalb sehr kurzer Zeit überbrückt wird. Anfahrverfahren, bei denen kein Anfahrstrang benötigt wird, sind ebenfalls bereits mehrfach bekannt.
Beispielsweise ist aus der JP-A 61-266 159 ein Startverfahren bekannt, bei welchem die bei- den zusammenwirkenden Giesswalzen vor Giessbeginn in eine Start-Position gebracht werden, bei der kein Giessspalt vorhanden ist und die Giesswalzen stillstehen. Unmittelbar nach Beginn der Schmelzenzufuhr und einer ersten Strangschalenbildung an den beiden Mantelflächen der Giess- walzen werden diese auf den Betriebsgiessspalt (Banddicke) auseinandergefahren und die Giessge- schwindigkeit entlang einer Hochfahrkurve auf Betriebs-Giessgeschwindigkeit gebracht. Ein Start- vorgang mit stillstehenden Giesswalzen ist jedoch sehr unzuverlässig, weil der Ist-Giessspiegel im Schmelzenraum nicht bis an den engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen mit notwendiger Genauigkeit gemessen werden kann.
Es ist daher weder ein Kraftanstieg zwischen den beiden Giesswalzen noch der Füllgrad der Kokille vernünftig regelbar. Eine unterschiedlich starke Erstar- rung der Schmelze entlang der Bandbreite und insbesondere in Seitenplattennähe kann eine erhebliche Keilbildung durch erstarrtes Metall oberhalb des engsten Querschnittes hervorrufen und nachfolgend zu Seitenplattenbeschädigungen führen. Weiters besteht bei einem derartigen Start- verfahren mit stehenden Giesswalzen ein erhöhtes Risiko zu abschnittsweisen Strangschalenkle- bern auf der Mantelfläche der Giesswalzen.
Aus der WO 01/21342 ist ein Angiessverfahren für eine Zweiwalzengiesseinrichtung bekannt, bei dem vor Beginn der Schmelzenzufuhr der Giessspalt zwischen den beiden Giesswalzen auf einen gegenüber dem Betriebsgiessspalt reduzierten Wert eingestellt wird. Die Schmelzenzufuhr erfolgt bei rotierenden Giesswalzen, wobei die Giessgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass die Dicke des erzeugten Bandes grösser ist, als der zuvor eingestellte Giessspalt. Grundsätzlich wird durch einen verringerten Giessspalt die Neigung zum Durchtropfen von Metallschmelze reduziert. Andererseits
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treten bei kleinen Giessspalten die zuvor bezüglich der JP-A 61-266 159 beschriebenen Nachteile in zunehmenden Masse auf, insbesondere die Neigung zu Seitenplattenbeschädigungen.
Weitere Angiessverfahren für übliche Zweiwalzengiesseinrichtungen mit speziellen Verfahrens- vorschriften für den Verlauf der Giessgeschwindigkeit in der Startphase oder die Wahl einer günsti- gen Startgiessdicke in Relation zur Betriebsgiessdicke sind aus der JP-A 63-290654, der JP-A 1-133644 oder der JP-A 6-114504 bereits bekannt. Die EP-A 867 244 beschreibt eine Rege- lung, mit der in der Startphase des Giessprozesses in aufeinander folgenden Zeitperioden zuerst die Momentangeschwindigkeit der Giesswalzen in Abhängigkeit von einer Badhöhenmessung im Schmelzenpool zwischen den Giesswalzen und danach die Metallschmelzenzufuhr in Abhängigkeit von einer Walzengeschwindigkeitsmessung geregelt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die eingangs beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zum Starten eines Giessvorganges in einer Zweiwalzen-Giesseinrichtung sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschla- gen, wobei der Durchtritt von Metallschmelze durch den Giessspalt gering gehalten werden kann und gleichzeitig die Neigung zu Keilbildungen und Verdickungen am Anfang des gegossenen Bandes möglichst vermieden wird. Gleichzeitig soll eine Trennung eines ersten Stückes des ge- gossenen Bandes, welches den Qualitätsansprüchen einer kontinuierlichen Produktion nicht ent- spricht, von dem nachfolgend unter weitgehend stationären Betriebsbedingungen erzeugten Ban- des erreicht werden, ohne dass hierfür mechanische Trenneinrichtungen benötigt werden.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren mit folgenden Schritten gelöst: . Einstellen einer Betriebs-Giessdicke und Rotieren der Giesswalzen mit einer Giesswalzen-
Umfangsgeschwindigkeit, die einer gegenüber einer stationären Betriebs-Giessgeschwindig- keit verringerten Start-Giessgeschwindigkeit entspricht, .
Zuführen von Metallschmelze in einen von den rotierenden Giesswalzen und den an ihnen anliegenden Seitenplatten gebildeten Schmelzenraum und Ausbilden eines gegossenen
Metallbandes mit im Wesentlichen gleichbleibendem, vorbestimmtem Querschnittsformat bei gleichzeitiger Erhöhung der Giessgeschwindigkeit auf eine Bandbildungs-Giessgeschwin- digkeit, . nachfolgendes Erhöhen der Giessgeschwindigkeit auf eine Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit, die signifikant höher ist, als eine den aktuellen Durcherstarrungsbedingungen genügende
Giessgeschwindigkeit und Abtrennen des bisher gegossenen Metallbandes, . Einstellen der stationären Betriebs-Giessgeschwindigkeit, . Umlenken des gegossenen Metallbandes zu einer Bandtransporteinrichtung und Beginn ei- nes stationären Giessbetriebes.
Die Giessgeschwindigkeit wird stets von der Giesswalzen-Umfangsgeschwindigkeit bestimmt, da die an den Giesswalzenmäntel gebildeten und anhaftenden Strangschalen mit dieser Geschwindig- keit durch den engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen transportiert und miteinander ver- bunden werden.
Die Start-Giessgeschwindigkeit ist eine niedrige Giessgeschwindigkeit, bei welcher wegen der verlängerten Verweilzeit der sich bildenden Strangschalen im Schmelzenraum ein verstärktes Strangschalenwachstum eintritt und daher der nach unten offenen Giessspalt besonders schnell überbrückt werden kann.
Die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit ist eine insbesondere vom jeweils aktuellen Flüssigme- tall-Giessspiegel und auch von den Erstarrungsbedingungen sowie der aufgrund der Stahlanalyse erforderlichen Giessrollen-Trennkraft abhängige Giessgeschwindigkeit, bei der eine Bandbildung und der Abtransport des gebildeten Bandes nach unten erfolgt und bei der weitgehend gleichbleibende Bandformungsbedingungen eingehalten werden können. Während des Überganges von der Start- Giessgeschwindigkeit zur Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit erfolgt die kontinuierliche Füllung des Schmelzenraumes mit Metallschmelze bis auf das Niveau des Betriebs-Giessspiegels, wobei die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit mit steigendem Giessspiegel kontinuierlich zunimmt.
Da der Giessspalt beim beanspruchten Verfahren während des ganzen Startvorganges auf dem Wert der Betriebs-Giessdicke gehalten wird, ergeben sich zusätzliche Vorteile: Durch eine verrin- gerte Start-Giessgeschwindigkeit wird ein geringer Banddurchsatz bis zum vollständigen Erreichen des Soll-Betriebsgiessspiegels erzielt und solcherart der Ausschussanteil gering gehalten. Weiters bewirkt die in der Startphase nicht verringerte Betriebs-Giessdicke weniger Störungen, die infolge
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von Erstarrungen an den Schmalseitenwänden zu Giessspaltaufweitungen beim Durchgang durch den Giessquerschnitt und gegebenenfalls unkontrollierten Abrissen des gegossenen Stranges führen.
Der Verzicht auf eine radiale Verschiebung der Giesswalzen, die zwangsweise eintritt, wenn der Startvorgang mit einer gegenüber der Betriebs-Giessdicke verkleinerten Start-Giessdicke be- gonnen wird, bewirkt weiters eine Verringerung der parasitären Erstarrungen, die sich an den relativ kalten, freigegebenen Zonen an den Seitenplatten bilden würden.
Zur Erzielung eines ausreichend schnellen Strangschalenwachstums an den Mantelflächen der Giesswalzen und damit einer schnellen Überbrückung des Giessspaltes durch erstarrte Metall- schmelze wird die Start-Giessgeschwindigkeit kleiner gewählt als die halbe Betriebs-Giessgeschwin- digkeit, wobei die Giesswalzen üblicherweise rotieren. Bei Giessdicken über 3 mm kann die Start- phase auch mit stehenden Giesswalzen eingeleitet werden, sodass die Start-Giessgeschwindigkeit bei Beginn des Zuführens von Metallschmelze noch 0 m/min beträgt und die Giesswalzen anschlie- #end rasch beschleunigt werden.
Besonders günstige Bedingungen für die schnelle Überbrückung des Giessspaltes durch er- starrte Metallschmelze in der Startphase ergeben sich, wenn die Start-Giessgeschwindigkeit weni- ger als 12 m/min beträgt. Eine Start-Giessgeschwindigkeit in diesem Bereich ermöglicht eine gute zeitliche Abstimmung zwischen der Schmelzenzuführung bis zur Erreichung des Betriebs-Giess- spiegels und dem Hochfahren der Start-Giessgeschwindigkeit auf eine Bandbildungs-Giess- geschwindigkeit, die etwa der Betriebs-Giessgeschwindigkeit entspricht. Dies wird durch eine mode- rate, stetige Erhöhung der Giesswalzenumfangsgeschwindigkeit auf eine Bandbildungs-Giess- geschwindigkeit erreicht, die zu einem messbaren Soll-Giessspiegel passt, um eine zuverlässige Bandbildung (Strangschalenbildung auf den Giesswalzenoberflächen im Schmelzenpool) zu ge- währleisten.
Dementsprechend wird die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit entsprechend einem messbaren Soll-Giessspiegel eingestellt oder geregelt.
Eine weitere Möglichkeit die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit bestmöglich einzustellen be- steht darin, dass die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der zwischen den Giesswalzen auftretenden Trennkraft geregelt wird. Die zwischen den beiden Giesswalzen wirkende Trennkraft ist bei einem vorgegebenen Giessspalt ein Mass für die Strangschalendicke und den aktuellen Erstarrungszustand im engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen. Sie ist höher, je weiter der Erstarrungsvorgang in diesem Bereich fortgeschritten ist. Der in der Startphase über- wiegend stets steigende Metallbadspiegel, der auf die Strangschalenbildung massgeblichen Ein- fluss nimmt, wird hier mitberücksichtigt.
Zur Regelung der Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit können auch die Messwerte einer Bad- spiegelmessung und einer Trennkraftmessung in Kombination herangezogen werden.
Als Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit ist diejenige Giessgeschwindigkeit zu verstehen, bei der der erste Teil des gegossenen Metallbandes, welcher unter instationären Giessbedingungen in der Startphase des Giessprozesses erzeugt wurde und somit als Ausschussmaterial anzusehen ist, vom kontinuierlich nachfolgenden unter weitgehend stationären Giessbedingungen erzeugten Metallband abgetrennt wird. Diese Trennung erfolgt nach einer möglichen Ausführungsform aus- schliesslich unter Einwirkung des Eigengewichtes des den engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen verlassenden nach unten hängenden Anfangsstückes des gegossenen Metallbandes durch Abreissen desselben im Giessspalt.
Durch die Erhöhung der Giessgeschwindigkeit auf die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit werden die Erstarrungsbedingungen und damit die mechanischen Eigenschaften des gegossenen Bandes im Giessquerschnitt, speziell durch Verringerung der Zug- festigkeit, so verändert, dass das Band in diesem Querschnitt ohne zusätzliche mechanische Massnahmen abreisst.
Alternativ kann das Abtrennen des gegossenen Metallbandes bei Bandtrenn-Giessgeschwindig- keit unter Einwirkung eines gegenüber der Schwerkraftwirkung erhöhten Bandzuges erfolgen, der durch eine Treiberanordnung aufgebracht wird, die austrittsseitig unterhalb des Giessspaltes der Zweiwalzengiesseinrichtung angeordnet ist.
Eine Verbesserung der Abtrennbedingungen kann erreicht werden, wenn der Erhöhung der Giessgeschwindigkeit auf die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit eine kurzzeitige Vergrösserung der Giessdicke um 5 bis 40 % überlagert wird.
Die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit ist höher als die Betriebs-Giessgeschwindigkeit, vorzugs- weise ist sie um 5% bis 40% höher als die Betriebs-Giessgeschwindigkeit.
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Diese Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit wird kurzzeitig eingestellt, sobald annähernd stationäre Giessbedingungen erreicht sind. Bevorzugt wird, dass auch bereits eine gleichbleibende Bandquali- tät sichergestellt ist. Die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit wird in der Startphase zweckmässig dann eingestellt, wenn die Metallschmelze im Schmelzenraum im Wesentlichen den Soll-Betriebsgiess- spiegel erreicht hat.
Um einen kontinuierlichen Übergang zu stationären Giessbedingungen und damit zu stationären Erstarrungsbedingungen an den Giesswalzen und im Giessspalt zu gewährleisten ist es zweckmä- #ig, wenn vor dem Erreichen des Soll-Betriebsgiessspiegels im Schmelzenraum die Giessgeschwin- digkeit auf etwa die Betriebs-Giessgeschwindigkeit gesteigert wird.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht, dass der stationäre Giessbetrieb innerhalb von 5 bis 60 sec nach Beginn der Zufuhr von Metallschmelze in den Schmelzenraum erreicht wird.
Insbesondere bei sehr dünnen Bändern ist es vorteilhaft, dass bei Starten eines Giessvorgan- ges eine gegenüber der Betriebs-Giessdicke vergrösserte Start-Giessdicke eingestellt wird und diese Start-Giessdicke frühestens nach Ausbilden eines gegossenen Metallbandes mit gleichbleibenden Querschnittsformat auf die Betriebs-Giessdicke zurückgeführt wird. Dieses Verfahren wird vorzugs- weise angewendet bei Giessdicken unter 2,5 mm, da speziell in diesem Dickenbereich die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten mit Seitenplattenerstarrungen und Keilbildung und nachfolgenden unkontrollierten Bandrissen auftreten können und das der Bandtrennung nachfolgende Band dadurch eine bessere Eigensteifigkeit zur Führung durch die Anlage besitzt.
Zur Gewährleistung eines automatisierten Ablaufes des Startverfahrens ist es zweckmässig, dass zumindest Referenzdaten der momentanen Giessgeschwindigkeit und der momentanen Giessspiegelhöhe der Metallschmelze im Schmelzenraum und/oder der momentanen Trennkraft zwischen den Giesswalzen und/oder der Spaltweite zwischen den Giesswalzen und/oder der Band- dicke des gegossenen Metallbandes während des Giessstartes kontinuierlich ermittelt und einer Recheneinheit zugeführt werden und aus diesen Referenzdaten unter Einbeziehung eines mathe- matischen Modelles für den Startvorgang Stellgrössen für die Giessgeschwindigkeit, für die Position einer Bandleiteinrichtung und für die Transportgeschwindigkeit des gegossenen Metallbandes in einer Bandtransporteinrichtung generiert und an die Antriebseinheiten dieser Einrichtungen über- mittelt werden.
Zusätzlich werden die Abtrennbedingungen für die Abtrennung des ersten Stückes des gegos- senen Metallbandes im Giessquerschnitt verbessert, wenn aus dem mathematischen Modell auf der Grundlage von aktuellen Eingangsdaten, wie Stahlqualität, Betriebs-Giessdicke, Temperaturver- hältnisse, qualitätsbezogene Erstarrungsbedingungen etc., zusätzlich eine Stellgrösse für die Ab- standspositionierung der beiden Giesswalzen zueinander, insbesondere eine erhöhte Start- Giessdicke, generiert wird.
Die Qualität des erzeugten Metallbandes kann generell und während des Giessprozesses lau- fend optimiert und an wechselnde Betriebsbedingungen angepasst werden, wenn das mathemati- sche Modell ein metallurgisches Modell zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Metallband und/oder zur Beeinflussung der Geometrie des gegossenen Metallbandes umfasst.
Eine Zweiwalzengiesseinrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zum Starten eines Giessvorganges ohne Anfahrstrang besteht aus zwei mit Drehantrieben gekoppelten, gegen- sinnig rotierenden Giesswalzen und an den Giesswalzen anliegende Seitenplatten, die gemeinsam einen Schmelzenraum zur Aufnahme der Metallschmelze formen, sowie mindestens einer verla- gerbaren Bandleiteinrichtung und mindestens einer Bandtransporteinrichtung.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, - dass den Giesswalzen eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung zur Ermittlung der momentanen Giessgeschwindigkeit zugeordnet ist, - dass dem Schmelzenraum eine Niveaumesseinrichtung zur Ermittlung der momentanen Giessspiegelhöhe der Metallschmelze zugeordnet ist, - dass die Geschwindigkeitsmesseinrichtung und die Niveaumesseinrichtung durch Signallei- tungen mit einer Recheneinheit verbunden sind und - die Recheneinheit durch Signalleitungen mit dem Drehantrieb der Giesswalzen, mit einer Posi- tionsstelleinrichtung der Bandleiteinrichtung und dem Antrieb einer Bandtransporteinrichtung verbunden ist. Die beiden Giesswalzen können auch mit einem gemeinsamen Drehantrieb unter Zwischenschaltung eines Verteilergetriebes gekoppelt sein.
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Eine solcherart ausgestattete Zweiwalzengiesseinrichtung ermöglicht die Übernahme von aktu- ellen Erzeugungsdaten aus dem Stahlerzeugungsprozess und deren gemeinsame Verarbeitung mit Messdaten an der Giesseinrichtung in einem Rechenmodell zur Optimierung des Startverfah- rens.
Ein zweckentsprechender Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens ist auch möglich, wenn statt der kontinuierlichen Messung der Giessspiegelhöhe im Schmelzenraum mit einer Niveau- messeinrichtung alternativ eine Trennkraft-Messeinrichtung zur Ermittlung der momentanen, im wesentlichen durch die Bandbildung hervorgerufenen Trennkraft zwischen den beiden Giesswalzen oder eine Positions-Messeinrichtung zur Ermittlung der momentanen Spaltweite zwischen den Giesswalzen oder eine Messeinrichtung zur Ermittlung der momentanen Banddicke eingesetzt wird.
Jede dieser Messungen liefert Referenzdaten, die zumindest indirekt einen mathematisch be- schreibbaren Zusammenhang mit der Strangschalenausbildung im Schmelzenpool und damit mit der Metallstrangbildung im engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen herstellen und die daher in einem mathematischen Modell zur Errechnung von Stellgrössen herangezogen werden können, um den Startvorgang zeitminimiert bzw. optimiert hinsichtlich Form und Führbarkeit der Bandab- risskante durchzuführen. Eine weitere Verbesserung des Startverfahren kann durch Kombination von mindestens zwei dieser Messmethoden erzielt werden, wobei die Messungen zeitgleich durch- geführt und in einem dementsprechend erweiterten mathematischen Modell verarbeitet werden.
Eine weitere Optimierung des Verfahrens ergibt sich, wenn zumindest eine der beiden Giess- walzen mit einer Giesswalzen-Verstelleinrichtung gekoppelt und die Recheneinheit zusätzlich durch eine Signalleitung mit einer Giesswalzen-Verstelleinrichtung zur Einstellung einer Start-Giessdicke verbunden ist. Dadurch kann für vorgegebene Produktionskenngrössen, wie insbesondere die Stahlqualität, das Giessformat, vorzugsweise die Betriebs-Giessdicke, sowie aus der Stahlproduktion übernommene Kenndaten, wie beispielsweise die Überhitzungstemperatur der Schmelze, und aus Messdaten an der Anlage im Prozessmodell eine spezifische höhere Start-Giessdicke ermittelt und an der Giessanlage eingestellt werden.
Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Zweiwalzengiessanlage ist für das Vergiessen von Metallschmelzen, vorzugsweise Fe-hältige Metalllegierungen, insbesondere für Stähle, geeig- net.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei- bung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zweiwalzengiesseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2a eine schematische Darstellung der Erstarrungsbedingungen im Giessspalt bei Betriebs-
Giessgeschwindigkeit,
Fig. 2b eine schematische Darstellung der Erstarrungsbedingungen im Giessspalt bei
Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit,
Fig. 3 den Verlauf der Giessgeschwindigkeit, der Giessspaltweite, des Giessspiegelsignals und der Giesswalzen-Trennkraft während des Startens eines Giessvorganges für einen Stahl der Qualität AISI 304.
Eine Zweiwalzengiessanlage mit den für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens notwendigen Einrichtungen ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Sie besteht aus zwei in einer Horizontalebene im Abstand voneinander angeordneten und mit einer nicht dargestellten Innen- kühlung ausgestatteten Giesswalzen 1,2. Diese sind in Wellenlagern 3,4 drehbar abgestützt und mit Drehantrieben 5,6 gekoppelt, die ein gegensinniges Rotieren der Giesswalzen 1,2 um Giess- walzenachsen 1', 2' mit einer regelbaren Umfangsgeschwindigkeit, die der Giessgeschwindigkeit entspricht, ermöglichen. Zur Bestimmung der momentanen Giessgeschwindigkeit ist zumindest einer der Giesswalzen 1,2 oder den zugeordneten Drehantrieben 5,6 oder auch dem gegossenen Metallband selbst eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung 34 zugeordnet.
Eine der beiden Giess- walzen 2 ist in der Horizontalebene quer zur Giesswalzenachse 2' verschiebbar abgestützt und mit einer Giesswalzen-Verstelleinrichtung 7 gekoppelt, wodurch der Abstand der beiden Giesswalzen 1, 2 zueinander regelbar einstellbar ist. An die Giesswalzen 1, 2 sind stirnseitig Seitenplatten 8 anpressbar angestellt, die gemeinsam mit einem Abschnitt der Mantelflächen 9,10 der rotierenden Giesswalzen einen Schmelzenraum 11 für die Aufnahme von Metallschmelze 12 bilden. Die Metall-
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schmelze 12 wird aus einem Zwischengefäss 13 durch ein Tauchrohr 14 in den Schmelzenraum 11 kontinuierlich und geregelt eingebracht, sodass während des stationären Giessbetriebes die Schmelzenzufuhr durch die Tauchrohrauslässe in untergetauchter Form, d. h. stets unterhalb eines auf konstantem Niveau gehaltenen Giessspiegels 15 erfolgt.
Durch eine oberhalb des Schmelzen- raumes 11 angeordnete Niveaumesseinrichtung 16 erfolgt eine kontinuierliche Überwachung der Giessspiegelhöhe.
OAusgangsseitig ist der Schmelzenraum 11 durch den Giessspalt 18 begrenzt, der durch den Abstand der beiden Giesswalzen 1,2 voneinander festgelegt ist und die Giessdicke D des gegosse- nen Metallbandes bestimmt. Die an den Mantelflächen 9,10 der Giesswalzen im Schmelzenraum 11 gebildeten erstarrten Strangschalen 19,20 werden im Giessspalt 18 zu einem weitgehend durcherstarrten Metallband 21 verbunden, welches durch die Rotationsbewegung der Giesswalzen 1,2 aus dem Giessspalt 18 nach unten ausgefördert, durch eine nachgeordnete verschwenkbare Bandleiteinrichtung 22 und Bandführungsrollen 23 in eine weitgehend horizontale Transportrich- tung umgelenkt und einer von einem Treibrollenpaar gebildeten Bandtransporteinrichtung 24 aus der Zweiwalzengiesseinrichtung ausgefördert wird.
Die bogenförmig ausgebildete Bandleiteinrich- tung 22 ist mit einer Antriebseinheit 25 verbunden, die es ermöglicht, die Bandleiteinrichtung 22 von einer Rückzugsposition A in eine Betriebsposition B und zurück zu verschwenken. Während des Startvorganges des Giessprozesses befindet sich die Bandleiteinrichtung in der Rückzugsposi- tion A und wird nach dem Abtrennen eines ersten Stückes des gegossenen Metallbandes in die Betriebsposition B verschwenkt und kann dort während des gesamten stationären Produktionspro- zesses verbleiben. Vertikal unterhalb des Giessspaltes 18 ist ein Schrottaufnahmewagen 26 ange- ordnet, in welchem allenfalls anfangs durchtropfende Metallschmelze und der erste Abschnitt des gegossenen Bandes aufgefangen und bei Bedarf abtransportiert werden kann.
Der Schrottaufnahmewagen kann auch ohne Räder ausgeführt sein. Er kann innerhalb einer Kammerumwandung, die den Weg des gegossenen Metallbandes von den Giesswalzen bis zum ersten Treiber umschliesst, positioniert sein. Auch muss dieser erste Abschnitt des gegossenen Bandes nicht notwendigerweise direkt in den Schrottaufnahmewagen fallen, sondern kann auch indirekt diesem zugeführt werden.
Nachdem das gegossene Metallband aus der mit einer Antriebseinheit 27 ausgestattete Band- transporteinrichtung 24 austritt, wird es in nicht näher dargestellten Weiterbehandlungseinrichtun- gen 28 veredelt und abschliessend zu Bunden 29 gewickelt und/oder zu Tafeln zerteilt. Die Weiter- behandlungseinrichtungen 28 können beispielsweise von Walzgerüsten, Besäumeinrichtungen, Oberflächenbehandlungseinrichtungen, thermischen Behandlungseinrichtung verschiedenster Art, wie Heizeinrichtungen, Halteöfen, Temperaturausgleichsöfen, und Kühlstrecken gebildet sein.
Die Zweiwalzengiesseinrichtung ist mit einer Recheneinheit 36 ausgestattet, die es ermöglicht, den Startvorgang in Abhängigkeit von vorgegebenen Eingangsgrössen und an der Einrichtung ermittelten aktuellen Messgrössen automatisiert durchzuführen. Mit Kenndatenfeldern und/oder einem mathematischen Modell werden in der Recheneinheit optimale Stellgrössen, wie die Start-
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Bandtransporteinrichtung und gegebenenfalls die Start-Giessdicke Dst und weitere Stellgrössen generiert und der Startvorgang fortlaufend geregelt und überwacht.
Stellgrössen, die zur Durchführung des Startverfahrens aus der Recheneinheit 36 generiert wer- den, beruhen auf aktuell erhobene Messdaten aus der Giessanlage, die direkt oder indirekt einen Zusammenhang mit dem Strangschalenwachstum aufweisen. Hierfür prädestiniert sind das mo- mentane Niveau des Giessspiegels 15, d. h. die Giessspiegelhöhe im Schmelzenraum 11, welche mit einer Niveaumesseinrichtung 16 kontinuierlich ermittelt werden kann. Die Trennkraft Ft@ zwischen den beiden Giesswalzen 1, 2, stellt eine Reaktionskraft auf die durchgeleiteten Strangschalen dar und liefert ebenfalls einen Referenzwert für den Grad der Durcherstarrung im engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen. Sie ist mit einer Trennkraft-Messeinrichtung 30 zu ermittelt, die den Giesswalzenlagerungen 3,4 zugeordnet oder in der Giesswalzenverstelleinrichtung 7 eingebaut ist.
Eine weitere Möglichkeit, eine Referenzgrösse zu ermitteln, bietet die momentane Spaltweite G zwischen den Giesswalzen, die eng mit der Trennkraft FT@ zusammenhängt, da eine höhere Trenn- kraft ein erhöhtes radiales Ausweichen der Giesswalzen 1, 2 voneinander bzw. deren Verformung bewirkt. Dies kann auf direktem Weg durch eine Positionsmesseinrichtung 31 an den Giesswalzen oder auf indirektem Weg über eine Banddicken-Messeinrichtung 32 gemessen werden.
Die zeit-
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gleiche Messung und Verarbeitung der Messdaten von mehreren der beschriebenen Messsysteme minimiert den Zeitaufwand für den Anlagenstart und erhöht insbesondere die Qualität der Bandab- nsskante des nachfolgenden Metallbandes hinsichtlich deren Geometrie und deren Führbarkeit durch die Anlage, sowie auch die Qualität des erzeugten Produktes vom Produktionsbeginn an.
Die Erstarrungsbedingungen an den Mantelflächen 9,10 der beiden Giesswalzen und im Giess- spalt 18bei stationärer Betriebs-Giessgeschwindigkeit und bei Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit sind in den Figuren 2a und 2b gegenübergestellt. Bei stationärer Betriebs-Giessgeschwindigkeit (Fig. 2a) befinden sich die beiden Giesswalzen 1,2 auf einen Giessspalt 18 eingestellt, der insbesondere dem stationären Giessspiegel und der Betriebs-Giessdicke D des gewünschten gegossenen Metallban- des entspricht. Hierbei bildet sich an jeder der Mantelflächen 9,10 der Giesswalzen je eine in Drehrichtung der Giesswalzen, somit zum Giessspalt 18 orientiert, zunehmend dicker werdende Strangschale 19,20 aus. Im Giessquerschnitt 18 werden die beiden Strangschalen 19, 20 zusam- mengefügt und es bildet sich bei stationären Giessbedingungen ein durcherstarrtes Metallband.
Die V-förmigen Linien 37 veranschaulichen hierbei den Übergang von 100 % Schmelze zu einem Mischbereich mit einem zunehmenden Festkörperanteil und die V-förmige Linie 38 veranschaulicht den Übergang zu 100 % Festkörperanteil, somit den durcherstarrten Strangteil. Fig. 2b zeigt die geänderten Erstarrungsbedingungen bei einer Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit, die gegenüber der Betriebs-Giessgeschwindigkeit erhöht ist. Das bedeutet, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Giesswalzen vergrössert ist. Die Kühlbedingungen wurden hierbei nicht verändert.
Dadurch wird die verfügbare Strangschalen-Bildungszeit im Schmelzenraum und damit das Strangschalenwachstum veringert, sodass sich der Durcherstarrungspunkt 39 in Giessrichtung verschiebt und im Giessquer- schnitt entweder noch ein erhöhter Anteil von Flüssigkörperanteil vorhanden ist und/oder die durchschnittliche Bandtemperatur zumindest höher liegt als bei Betriebs-Giessgeschwindigkeit. In beiden Fällen ist die Zugfestigkeit des nach unten hängenden Metallbandstückes bei der Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit soweit herabgesetzt, dass das Metallband unter der Einwirkung seines Gewichtes im Giessquerschnitt abreisst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Giessgeschwindigkeit auf eine so hohe Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit erhöht und anschliessend gleich wieder abgesenkt, dass vorüber- gehend keine Trennkraft gemessen wird. In dieser kurzen Phase fliesst Metallschmelze wegen der mangelnden Verbindung zwischen den beiden Strangschalen und unter der Wirkung des ferrostati- schen Druckes in den Raum unterhalb des engsten Querschnittes zwischen den Giesswalzen nach.
Dadurch kommt es lokal zu einem Ausbauchen des Metallbandes und einer erheblichen Wieder- erwärmung der oberflächennahen Bandschichten und unter dem Einfluss des nach unten hängen- den Bandeigengewichtes zum Abriss.
Fig. 3 zeigt den Ablauf des beschriebenen Verfahrens zum Starten eines Giessvorganges in ei- ner Zweiwalzengiessanlage für einen rostfreien Cr-Ni-Stahl der Qualität AISI 304 mit einer stationä- ren Betriebs-Giessdicke D = 2,5 mm und einer Betriebs-Giessgeschwindigkeit VgBetr = 60 m/min. Vor der Schmelzenzuführung wird der Betriebsgiessspalt von 2,5 mm eingestellt und die Giesswalzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die einer Start-Giessgeschwindigkeit vgSt =10 m/min entspricht. Mit Beginn der Schmelzenzuführung wird die Giessgeschwindigkeit Vg kontinuierlich bis auf die Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit VgBb erhöht, die etwa der Betriebs-Giessgeschwindigkeit VgBetr = 60 m/min entspricht.
Bereits kurz nach Beginn der Schmelzenzufuhr kommt es zur Über- brückung des nach unten offenen Giessspaltes durch die sich bildenden Strangschalen bei noch sehr geringer Giessgeschwindigkeit. Dies zeigt sich am kurzfristig stark ansteigenden Kurvenverlauf für die Giessspaltposition G und die Giesswalzen-Trennkraft FT@ die direkt korrelieren. Die Giess- spaltposition G wird am Hydraulikkolben eines AGC-Systems gemessen. Mit zunehmender Giess- geschwindigkeit vg kehrt sich die Tendenz einer ansteigenden Trennkraft wieder um, da auch die Strangschalenbildung wegen der geringeren Verweildauer der Strangschale im Schmelzenraum abnimmt.
Das Giessspiegelniveau hGsp ist erst nach Erreichen eines bestimmten Füllgrades mess- bar, da der Schmelzenraum bedingt durch die Giesswalzenanordnung zum Giessquerschnitt hin trichterförmig verengt ist und in diesem sehr engen Bereich eine Niveaumessung technisch nicht realisierbar ist. Nach einer Zeitspanne von etwa 5 bis 15 sec, die variabel gewählt werden kann, wird der Betriebs-Giessspiegel hBetr erreicht und auf diesem Niveau gehalten. Damit sind annähernd konstante Giessbedingungen erreicht und es wird die Giessgeschwindigkeit für eine kurze Zeitspan- ne von 0,2 sec auf die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit VgT@ = 80 m/min erhöht, die 20 m/min höher
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Giessgeschwindigkeit reisst das gegossene Metallband unter dem Einfluss des Eigengewichtes im engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen ab.
Hierbei fällt die Giesswalzen-Trennkraft Ftt kurzzeitig auf Null zurück. Mit Rückführung der Giessgeschwindigkeit auf den Wert der Betriebs- Giessgeschwindigkeit VgBetr = 60 m/min steigt die Giesswalzen-Trennkraft FTr unmittelbar auf den Wert vor der Anhebung der Giessgeschwindigkeit auf die Bandtrenn-Giessgeschwindigkeit an. Damit sind die Bedingungen für einen stationären Giessbetrieb erreicht und die Herstellung eines Stahl- bandes gleichbleibender Qualität gewährleistet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Starten eines Giessvorganges in einer Zweiwalzengiesseinrichtung ohne An- fahrstrang, mit folgenden Schritten: . Einstellen einer Betriebs-Giessdicke (D) und Rotieren der Giesswalzen (1,2) mit einer
Giesswalzen-Umfangsgeschwindigkeit, die einer gegenüber einer stationären Betriebs-
Giessgeschwindigkeit (VgBetr) verringerten Start-Giessgeschwindigkeit (VgSt) entspricht, .
Zuführen von Metallschmelze (12) in einen von den rotierenden Giesswalzen (1, 2) und den an ihnen anliegenden Seitenplatten (8) gebildeten Schmelzenraum (11) und Ausbil- den eines gegossenen Metallbandes (21) mit im Wesentlichen gleichbleibendem, vorbe- stimmtem Querschnittsformat bei gleichzeitiger Erhöhung der Giessgeschwindigkeit (Vg) auf eine Bandbildungs-Giessgeschwindigkeit (VgBb), . nachfolgendes Erhöhen der Giessgeschwindigkeit (Vg) auf eine Bandtrenn-Giessgeschwin- digkeit (VgTr), die signifikant höher ist, als eine den aktuellen Durcherstarrungsbedingun- gen genügende Giessgeschwindigkeit (Vg) und Abtrennen des bisher gegossenen Metall- bandes (21 ), . Einstellen einer stationären Betriebs-Giessgeschwindigkeit (VgBetr), .
Umlenken des gegossenen Metallbandes (21) zu einer Bandtransporteinrichtung (24) und Beginn des stationären Giessbetriebes.