DE10027324A1 - Verfahren zum Gießen eines metallischen Strangs sowie System hierzu - Google Patents
Verfahren zum Gießen eines metallischen Strangs sowie System hierzuInfo
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Abstract
Für ein kontrolliertes Betreiben einer Stranggießanlage mit hohen Gießgeschwindigkeiten mit einer Kokille (6), die jeweils gegenüberliegende Kokillenschmalseiten (12, 13) und -breitseiten (10, 11) umfaßt, wobei Schmelze aus einem Verteiler (2) in die Kokille (6) einströmt, wird folgendes vorgeschlagen: DOLLAR A Bestimmung des Ist-Gießzustandes, DOLLAR A Bestimmung der Veränderungen des Ist-Gießzustandes über ein vorgegebenes Zeitintervall, und, DOLLAR A falls sich die Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls bewegen, Umstellen auf eine automatische Betriebsweise zum Gießen, die die Bestimmung der Verhältnisse der Wärmeströme der Kokillenschmal- zu den jeweiligen Kokillenbreitseiten sowie in Abhängigkeit hiervon Einstellen der Winkelanstellung mindestens einer der beiden Schmalseiten (12, 13) und somit Einstellen eines vorgegebenen Soll-Verhältnisses sowie Messen der Schmelztemperatur im Verteiler und Einstellen der Gießgeschwindigkeit in einem Gießfenster als Funktion von Schmelztemperatur und dem jeweiligen zu vergießenden Werkstoff oder DOLLAR A falls sich die Änderungen mindestens eines Teils oder alle der aufgenommenen Parameter außerhalb des vorgegebenen Soll-Intervalls befinden, Beibehalten der manuellen Steuerung der Winkelanstellung der Kokillenschmalseiten sowie Gießgeschwindigkeit.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines metallischen Strangs in
einer Stranggußanlage mit einer Kokille, die jeweils gegenüberliegende
Kokillenschmalseiten und -breitseiten umfaßt, wobei Schmelze aus einem
Verteiler in die Kokille einströmt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein System zur
Durchführung des Verfahrens.
Das Stranggießen von Brammen, beispielsweise in einer Dicke von 220 bis 250 mm,
oder von dünnen und mittleren Brammen, beispielsweise der Dicke von 30
bis 130 mm, von Blöcken, Knüppeln etc. ist bekannt. Hierbei ist es insbesondere
beim Gießen von Dünnbrammen im Verbund mit nachfolgender Walzwerkanlage
mit hohen Gießgeschwindigkeiten bis zu 10 m/min unerläßlich, zahlreiche
Prozeßdaten miteinander abzugleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur
Durchführung des Verfahrens bereitzustellen zum kontrollierten Betreiben einer
Stranggießanlage zum Gießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen,
mit einer hohen Gießgeschwindigkeit.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung offenbart.
Verfahrensgemäß werden folgende Schritte zum kontrollierten Gießen mit hohen
Gießgeschwindigkeiten vorgeschlagen:
Bestimmung des Ist-Gießzustandes,
Bestimmung von Änderungen des Ist-Gießzustandes über ein vorgegebenes Zeitintervall, und
falls sich die Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls bewegen,
Umstellen auf eine automatische Betriebsweise zum Gießen, die einschließt Bestimmung der Verhältnisse der Wärmeströme der Kokillenschmal- zu den jeweiligen Kokillenbreitseiten sowie in Abhängigkeit hiervon Einstellen der Winkelanstellung mindestens einer der beiden Schmalseiten und somit Einstellen eines bestimmten gewünschten Verhältnisses sowie
Bestimmen der Schmelztemperatur im Verteiler und Einstellen der Gießgeschwindigkeit in einem Gießfenster als Funktion von Schmelztemperatur und dem jeweiligen zu vergießenden Werkstoff oder
falls sich die Änderungen mindestens eines Teils oder aller der Parameter außerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervall befinden, Beibehalten der manuellen Steuerung der Winkelanstellung der Kokillenschmalseiten sowie Gießgeschwindigkeit.
Bestimmung des Ist-Gießzustandes,
Bestimmung von Änderungen des Ist-Gießzustandes über ein vorgegebenes Zeitintervall, und
falls sich die Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls bewegen,
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falls sich die Änderungen mindestens eines Teils oder aller der Parameter außerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervall befinden, Beibehalten der manuellen Steuerung der Winkelanstellung der Kokillenschmalseiten sowie Gießgeschwindigkeit.
Zur Bestimmung des Ist-Gießzustandes werden insbesondere folgende Parameter
gemessen:
- - Temperatur der Schmelze im Verteiler
- - Position der Verschlußmittel für die Verteileröffnung,
- - Gießspiegelhöhe in der Kokille,
- - Wärmestrom über die Kokillenbreitseiten (WF; WL),
- - Wärmestrom über die Kokillenschmalseiten (NO; ND).
Das vorgeschlagene Verfahren geht von einer halbautomatischen Betriebsweise
des Gießvorgangs aus, die bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen, die einem
annähernd optimalen Gießvorgang entsprechen, selbständig auf eine
Vollautomatik umschaltet. Der Grad der Automatisierung bezieht sich hierbei auf
das Einstellen, vorzugsweise selbständige Regeln der Gießgeschwindigkeit sowie
auf das Einstellen des Neigungswinkels (Konizität) der Schmalseiten sowohl auf
der Bedienungsseite (NO) als auch auf der Antriebsseite (ND) in Abhängigkeit des
Verhältnisses der Wärmeströme zwischen den Schmalseiten und den Breitseiten.
Ob die Verhältnisse des Gießvorgangs die Umschaltung auf den Automatik-
Betrieb erlauben, hängt von bestimmten Vorbedingungen ab, wie hohe oxidischer
Reinheitsgrad des vergossenen Metalls, insbesondere Stahls, ruhiger Gießspiegel
sowie konstanter Wärmestrom über die Kokillenbreit- bzw. Kokillenschmalseiten.
Nur wenn - vorzugsweise alle - diese Vorbedingungen erfüllt sind, wird auf
Vollautomatik umgeschaltet.
Grundsätzlich soll die Temperatur der Schmelze im Verteiler gemessen werden,
beispielsweise über eine kontinuierliche Messung mittels Thermoelementen. Es ist
auch denkbar, die Temperatur der Schmelze im Verteiler über Berechnungen zu
bestimmen, beispielsweise mit Hilfe der Temperatur der Schmelze in der Pfanne.
In einem solchen Fall können Temperatureinzelmessungen der Stahltemperatur
im Verteiler hilfsweise herangezogen werden.
Das Gießfenster ändert sich in Abhängigkeit von den Stahlgüten-Gruppen sowie
von den eingesetzten Gießpulvern. Es wird vorgeschlagen, daß nach Umstellung
auf einen automatischen Betrieb in Abhängigkeit von der maximal möglichen
Gießgeschwindigkeit ein entsprechendes Maß an Gießpulver beigegeben wird.
In Anspruch 7 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für Grenzintervalle der zu
messenden Parameter für eine zu vergießende Stahlschmelze angegeben.
Das vorgeschlagene System dient zur Durchführung des Verfahrens. Es umfaßt
Einrichtungen zur Bestimmung des Ist-Gießzustandes sowie eine Recheneinheit
zum Vergleich der aktuellen Meßwerte über ein bestimmtes Zeitintervall mit
vorgegebenen Grenzwerten. Des weiteren umfaßt das System Anstellzylinder zur
Steuerung der Winkelstellung der Kokillenschmalseiten, d. h. ihre Konizität, sowie
Mittel zur Steuerung der Gießgeschwindigkeit.
Vorzugsweise weist das System Alarmmittel auf, die bei Überschreiten der
vorgegeben Grenzwerte durch die errechneten Änderungen der Meßwerte
aktiviert werden, sowie Mitteln zum Zurückschalten der Automatik in eine
Halbautomatik.
Für eine halbautomatische Steuerung sind Bedienmittel zur manuellen Steuerung
der Gießgeschwindigkeit und/oder der Winkelstellung mindestens einer der beiden
Kokillenschmalseiten vorgesehen.
Insgesamt ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren und dem System ein
kontrolliertes Betreiben einer Stranggießanlage mit hohen Gießgeschwindigkeiten,
vorzugsweise mit den maximal möglichen Gießgeschwindigkeiten in Abhängigkeit
von der Schmelzetemperatur im Verteiler und der konkreten
Legierungszusammensetzung, bei optimaler Einstellung der Winkel der
Schmalseiten zu den Breitseiten als Funktion der Wärmeströme möglich. Die
Automatisierung ist in ihrer äußeren Bedienungssprache auf eine einfache
Funktionssprache, die vom Bedienpersonal gut überschaubar ist, zurückgeführt.
Der Grad der Automatisierung, der in seiner Bedienungssprache nur noch die
Wahl der Gießgeschwindigkeit und die Kontrolle der Schmalseitenwärmeströme
kennt, läßt die Möglichkeit der Fahrweise eines vollautomatischen Betriebsweise
zu.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht über den Regelkreis zum
kontrollierten Betrieben einer Stranggußanlage mit hohen
Gießgeschwindigkeiten;
Fig. 2 im Querschnitt einen Ausschnitt einer Kokille einer
Stranggußanlage;
Fig. 3a ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses der
Kokillenbelastung über die Gießzeit;
Fig. 3b ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses der
spezifischen Wärmeströme der beiden Kokillenbreitseiten
jeweils über die beiden Kokillenschmalseiten über die
Gießzeit,
Fig. 4a) bis c) Darstellungen von drei verschiedenen Gießsituationen A, B
und C durch unterschiedliche Anstellungen der
Kokillenschmalseiten mit den jeweils entsprechenden
Wärmeströmen bzw. Wärmestromverhältnissen der
Kokillenschmalseiten über den Kokillenbreitseiten;
Fig. 5 die Darstellung der Änderung des Temperaturverlaufs von
Schmelzen im Verteiler über eine Gießzeit von einer Stunde;
Fig. 6 ein Gießfenster für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
durch Gegenüberstellung der Schmelzetemperatur im
Verteiler in °C und der Gießgeschwindigkeit in m/min;
Fig. 7 Diagramme zur Darstellung der Zusammenhänge der
Veränderung des Gießschlackenfilms,
der Strangschalentemperatur am Kokillenaustritt bzw.
Strangschalendicke am Kokillenaustritt,
der Kokillenbelastung bzw. der Strangschalenbelastung,
der Kokillenhauttemperatur bzw. der Kokillenstandzeit
jeweils über die Gießgeschwindigkeit;
Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Verteiler der Stranggießanlage
mit in der Verteilerwandung oder in einem Strömungswehr des
Verteilers eingebrachten Thermoelementen.
Fig. 1 zeigt als schematische Übersicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für
den Regelkreis zum kontrollierten Betreiben einer Stranggußanlage mit hohen
Gießgeschwindigkeiten.
Die Anlage umfaßt eine Stahlpfanne 1, einen Verteiler 2 mit einem Stopfen 3 - es
ist auch ein Schieberverschluß denkbar - und einen Tauchausguß 4, der in eine
oszillierende Kokille 5 hineinragt. Die Kokille 5 kann trichterförmig ausgebildet
sein, hier andeutungsweise dargestellt (6). Der Kokille 5 nachgeordnet sind
Ausziehrollen 7, die mit einem Motor 8 angetrieben werden und den gegossenen
Strang 9 mit kontrollierter Geschwindigkeit ausfördern.
Die Kokille 5 umfaßt zwei Breitseiten 10, 11 (vgl. Fig. 2) und zwei Schmalseiten
(12, 13), mit einer Schmalseite auf der Bedienungsseite (NO) [12] und einer
Schmalseite auf der Antriebsseite (ND) [13]. Der Winkel der Schmalseiten, d. h.
ihre Konizitätsstellung, ist mittels Anstellzylindern (14, 15) verstellbar.
Es werden folgende Meßwerte kontinuierlich oder diskontinuierlich in
entsprechenden Zeitintervallen aufgenommen
- - Temperatur der Stahlschmelze im Verteiler in °C (16),
- - Stopfenbewegung in dy/dt (17),
- - Wärmeströme pro Flächeneinheit der Breitseiten in MW/m2, jeweils für die Losseite (WL) und die Festseite (WF) (18),
- - Wärmeströme pro Flächeneinheit der Schmalseiten in MW/m2, jeweils für die Operator (NO)- und Drive (ND)-Seite (19),
- - die Bewegung des Gießspiegels in der Kokille als dx/dt (20) sowie
- - die Ist-Gießgeschwindigkeit in m/min (21).
Als Meßeinrichtungen kommen alle handelsüblichen Geräte in Betracht,
beispielsweise Thermoelemente, aber auch optische Meßgeräte. Die
Dauermessung der Stahltemperatur im Verteiler kann auch über eine Meßlanze
erfolgen, die mit Hilfe eines Manipulators in den Verteiler eingetaucht ist. Eine
solche Meßlanze besteht zum Beispiel aus einem Tonerde-Graphit-Mantel, in
dessen Sohle ein Thermoelement eingelassen ist. Eine preiswertere Lösung bietet
die Temperaturmessung mittels eines Thermoelementes, welches sich unmittelbar
in der Verteilerwandung. bzw. innerhalb dessen Ausmauerung oder in einem
Strömungswehr des Verteilers befindet. Hierzu wird bereits der Verteiler von der
Herstellerseite mit entsprechenden Langlöchern versehen, in die die
Thermoelemente einführbar sind. Auf diese Weise kann die Stahltemperatur auch
im Mittenbereich des Verteilers bzw. am Ort der Stahlströmung gemessen werden.
Das oder die jeweiligen Thermoelemente werden in den Verteiler entweder direkt
bei der Verteilerzustellung oder vor Beginn des Gießens eingebracht.
Die Meßdaten (16 bis 21) fließen in einen Rechner 22, der Differenzwerte
berechnet und somit Änderungen über die Zeit. Diese Differenzwerte werden mit
vorgegebenen Grenzwerten 23 verglichen.
Nachfolgend werden Beispiele für derartige Grenzwerte 23 für ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel angegeben, die allerdings die Erfindung nicht auf diese
beschränken.
Unter Vorbedingungen bzw. Grenzbedingungen mit
- - einer Veränderung der Stopfenbewegung von maximal ±2 mm/Zeiteinheit, vorzugsweise von ± 0, d. h. einem Stahl mit hohem Reinheitsgrad (clean Steel), der zu keiner wesentlichen oxidischen Ablagerung sowie zu keiner Stopfenerosion führt,
- - einem konstanten Wärmestrom/Flächeneinheit der jeweiligen Breitseite (18), d. h. absolut und relativ zueinander mit einer Toleranz von maximal 0,1 MW/m2 bei konstanter Gießgeschwindigkeit über die Gießzeit,
- - einer Gießspiegelbewegung von maximal ± 5 mm über einer 1 Gießzeiteinheit von 60 s,
- - einem Wärmestromverhältnis der Kokillenschmalseiten zu den jeweiligen Kokillenbreitseiten von < 0,9 und < 0,4
schaltet sich die Steuerung von der Halbautomatik selbständig auf eine
Vollautomatik im Sinne eines Auto-Piloten um. Es wird eine hohe
Betriebssicherheit erreicht bei einer Durchbruchwahrscheinlichkeit der
Strangschale von weniger als 0,5%.
Im Falle der Halbautomatik ist die Einflußnahme auf die Gießgeschwindigkeit und
die Anstellwinkel der Schmalseiten mittels einer Bedienoberfläche 24 mit Joystick
möglich, mit dem jeweils die Geschwindigkeit und die Anstellwinkel verkleinert
oder vergrößert werden können, d. h. mit einer ± Funktion.
Nach Umschalten in die Vollautomatik erfolgt eine selbständige Korrektur der
Winkelanstellung der Schmalseiten mittels Ansteuerung durch die beiden
Anstellzylinder (14, 15), wobei gewährleistet ist, daß sich das Verhältnis der
Wärmestromverhältnisse der Schmalseiten über die Breitseiten im vorgegebenen
Grenzintervall von 0,6 bis 0,8 bewegt. Die Korrektur des Verstellwinkels wird
vorzugsweise automatisch in Schritten von jeweils 0,1 mm/Verstellaktion
vorgenommen. Zudem wird die jeweils mögliche maximale Gießgeschwindigkeit
eingestellt. Diese ergibt sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Gießtemperatur
und der Legierungszusammensetzung des zu vergießenden Stahls. Ein Beispiel
für ein derartiges Gießfenster wird mit Fig. 6 gegeben.
Nach Umschalten in die Vollautomatik wird dies auf der Bedienoberfläche mit
einer entsprechenden Funktionslampe 25 angezeigt. Falls die Änderung der
aufgenommenen Meßwerte allerdings das Grenzwertintervall verläßt, wird mittels
einer weiteren Funktionslampe 26 Alarm zur Übernahme in die Halbautomatik
angezeigt. Neben der Einflußnahme auf die Anstellzylinder 14, 15 ist ebenfalls die
Regelung des Antriebsmotors 8 für die Strangauszugsrollen 7 vorgesehen.
Fig. 2 gibt einen Überblick über die Kokille 5 - hier mit angedeutetem
Eingießtrichter 6. Die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Die beiden Schmalseiten 12, 13 der Kokille sind jeweils
über oben und unten angreifende Anstellzylinder 14a, 14b 15a und 15b in ihrer
Anstellung verstellbar. Es wird durch die in der Kokillenform gezeichneten Pfeile
deutlich, wie die Schmelze über den Tauchausguß 4 vom Verteiler in die Kokille 5
einströmt. Der flüssige Stahl wird durch den Tauchausguß 4 unter dem
Gießspiegel 26 in die Kokille bei Einsatz von Gießpulver 27 unter Bildung von
Gießschlacke 28 und einem Gießschlackenfilm 29 zwischen Kokillenform und
Strangschale geleitet, der zur Schmierung und Wärmestromkontrolle dient.
Nachfolgend wird erläutert, wie die Winkelstellungen der Schmalseiten in
Abhängigkeit der Wärmestromverhältnisse eingestellt werden.
Hierzu werden mit Hilfe der Fig. 3a zuerst die Verhältnisse unter normalen
Gießbedingungen, d. h. ruhigem Prozeßverlauf ohne große Schwankungen,
gezeigt.
Fig. 3a zeigt den spezifischen Wärmestromverlauf in MW/m2 über die Zeit,
jeweils für die Kokillenbreitseite auf der Fest- (WF) und Losseite (WL) sowie für
die Schmalseiten (NO sowie ND). Der Wärmestromverlauf ist ein Maß für die
Kokillenbelastung. Bei Erreichen der Zeit tx (31) befindet sich die Temperatur der
Schmelze in der Kokille im Gleichgewicht mit der Schmelztemperatur im Verteiler.
Mit VG (21) ist die Gießgeschwindigkeit eingezeichnet, die anfänglich ansteigt, um
dann konstant zu verlaufen.
Im Diagramm der Fig. 3b sind die Wärmestromverhältnisse jeweils einer
Schmalseite über die Breitseiten über die Zeit dargestellt. Die Wärmeströme in
den Schmalseiten werden durch die Winkelanstellung der Schmalseiten so
eingestellt, daß das Verhältnis der Wärme ströme zu den Breitseiten kleiner 1 ist.
Ein Verhältnis unter 1 ist konstant zu halten, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis
0,8, besonders vorzugsweise von 0,6 bis 0,8.
Über den Strangumfang unterschiedlich ausgebildete Schlackenfilme,
insbesondere zwischen Breit- und Schmalseiten, unterschiedliche
Gießgeschwindigkeiten, unterschiedliche Stahltemperaturen, ungleichförmige
Strömungsverhältnisse in der linken und rechten Hälfte der Kokille sowie ein
Auslenken der Bramme aus der Strangmittenachse in Gießrichtung können zu
Abweichungen in der spezifischen Wärmeabfuhr führen. Bei der vollautomatischen
Betriebsweise werden die Anstellungen selbständig geregelt, um diese
Veränderungen zu kompensieren und stets bestimmte Wärmestromverhältnisse
zu gewährleisten.
Die Regelung von Anstellungen wird in Fig. 4 an drei typischen Fällen A, B und C
(Fig. 4a) dargestellt im Zusammenhang mit den spezifischen Wärmeströmen,
ausgedrückt als MW/m2, in Fig. 4b und dem Wärmestromverhältnis der
jeweiligen Schmalseite zur jeweiligen Breitseite in Fig. 4c.
Im Fall A (vgl. Fig. 4a) weist der Wärmestrom der Kokillenschmalseite auf der
Antriebsseite (ND) geringere Werte als der Wärmestrom auf der
Kokillenschmalseite auf der Bedienerseite (NO) auf. Durch eine größere
Winkelanstellung und Änderung der Konizität auf der ND-Schmalseite von Position
0 (Ausgangsposition) zu Position 1 wird der Wärmestrom der (ND)-Schmalseite
dem der (NO)-Schmalseite angepaßt.
Im Fall B (vgl. Fig. 4a) sind die Wärmeströme beider Schmalseiten im Vergleich
zu den Breitseiten zu hoch, was durch hohe Werte der Verhältnisse zwischen den
Wärmeströmen auf der Schmal- bzw. Breitseite deutlich wird. Durch eine
Rücknahme der Konizitätsanstellung beider Schmalseiten von der Position
0 (Ausgangsposition) zur Position 1 werden die Wärmeströme in das korrekte
Verhältnis zur den Breitseiten gesetzt.
Im Fall C sind die Wärmeströme der Schmalseiten zu gering und können durch
eine gleichzeitige Vergrößerung der Winkelanstellung und somit Schmalseiten-
Konizitäten von Position 0 auf Position 1 auf ihren relativ zu den Breitseiten
richtigen Wert gebracht werden.
Die Fig. 5 gibt den Temperaturverlauf von Schmelzen über die Zeit von etwa
einer Stunde in dem Verteiler wieder. Es ist zu erkennen, daß beispielsweise bei
Pfannen mit einem Schmelzeinhalt von etwa 180 t die Stahltemperatur um
ca. 5°C/Stunde fällt. Dieser Abfall der Stahltemperatur im Verteiler kann relativ
gering gehalten werden und hängt im wesentlichen ab von der
- - Verweilzeit des Stahles im Verteiler, d. h. von der Gießleistung und der
- - Isolierung des Verteilers.
Die absolute Temperatur, mit der der Stahl im Verteiler einläuft, ist vom
Stranggießbetrieb vorgegeben, wird vom Stahlwerk eingestellt und hängt
beispielsweise ab von
- - Pfannenlaufzeiten,
- - Pfannenalter und
- - Pfannenausmauerung,
die häufig durch eine unkontrollierte Verfahrweise zu Abweichungen von der Soll-
Temperatur führen.
In Fig. 6 ist am Beispiel eines niedriggekohlten Stahls ein Gießfenster dargestellt,
welches das Verhältnis der Stahltemperatur im Verteiler zu der maximal möglichen
Gießgeschwindigkeit darstellt.
Das Gießfenster wird von einer oberen und unteren Temperaturgrenze gebildet
(oberer und unterer Grenzwert, die mit einer fetten Linie gekennzeichnet sind). Es
ist die Temperatur der Stahlschmelze in der Kokille eingezeichnet. Zudem sind die
Liquidus-Bereiche für niedriggekohlte Güten und zum Vergleich ebenfalls der
Liquidus-Bereich für Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt dargestellt. Für jede
Stahlgruppe mit niedrigem, mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt existiert ein
anderes Gießfenster. Die Linie, die den unteren Temperaturgrenzwert für die
Schmelzetemperatur im Verteiler angibt, bewegt sich zu niedrigeren Temperaturen
mit
- - größerem Verteilervolumen
- - verbesserter Verteilerisolierung,
- - Einsatz einer elektromagnetischen Bremse in der Kokille.
-
- -
Das Diagramm der Fig. 6 stellt drei Schmelzen mit unterschiedlichen
Verteilertemperaturen und damit unterschiedlichen maximal möglichen
Gießgeschwindigkeiten dar, wobei sie aber alle den gleichen Temperaturverlust
von 5°/Stunde aufweisen.
Diese drei Fälle im Gießfenster sollen nun im einzelnen erläutert werden.
Im Fall a beträgt die Stahltemperatur bei Gießbeginn 1570°C und erlaubt eine
maximale Gießgeschwindigkeit von 4,0 m/min. Nach einer Stunde Gießzeit am
Ende der Pfannengießzeit erlaubt die gesunkene Stahltemperatur von 1565°C
eine maximale Gießgeschwindigkeit von jetzt 4,5 m/min, was durch die jeweilige
fette und gestrichelte Linie a verdeutlicht ist.
Im Fall b beträgt die Stahltemperatur im Verteiler bei Gießbeginn der Schmelze
1560°C und bei Gießende 1555°C. Dies erlaubt eine maximale
Gießgeschwindigkeit von 5,0 m/min und bei Gießende von 5,85 m/min.
Im Fall c beträgt die Temperatur 1550°C und erlaubt eine Gießgeschwindigkeit
von 7,2 m/min und bei Gießende mit einer Temperatur von 1545°C eine
Gießgeschwindigkeit von größer 8 m/min. Die Geschwindigkeit von maximal 8 m/min
kann bei Erreichen einer Temperatur von ca. 1548° gefahren werden.
Zum besseren Verständnis werden noch folgende bekannte Zusammenhänge
gegenübergestellt. Fig. 7 stellt die Zusammenhänge zwischen
- - Gießschlackenfilm,
- - Strangschalentemperatur, z. B. am Kokillenaustritt, Strangschalendicke und Schrumpf,
- - Kokillen- und Strangschalenbelastung bzw. Schrumpf,
- - maximale Kokillenhauttemperatur im Gießspiegel und damit der Kokillenstandzeit in Relation zur Rekristallisationstemperatur, die zur Erweichung des kaltgewalzten Kupfers führt,
jeweils über die Gießzeit dar.
Insbesondere ist zu erkennen, daß bei hohen Gießgeschwindigkeiten, bei Einsatz
von Gießpulver und einer bestimmten Gießgeschwindigkeit von beispielsweise
mehr als 4,5 m/min die Kokillenbelastung nahezu konstant bleibt und die
Strangschalenbelastung stark abnimmt. Der Grund hierfür ist ein bei hohen
Gießgeschwindigkeiten konstanter Schlackenschmierfilm und damit konstanter
Wärmedurchgang, aber eine proportional zur Gießgeschwindigkeitssteigerung
geringer werdende Verweilzeit der Strangschale in der Kokille. Das Diagramm
macht deutlich, daß mit steigender Gießgeschwindigkeit die Kokillenbelastung
nicht mehr ansteigt und die Strangschalenbelastung geringer wird, wobei die
Gefahr einer Rißbildung abnimmt, aber auch die Strangschale, beispielsweise am
Ende der Kokille, dünner und heißer wird.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines Verteilers eines Stranggießanlage, in Fig. 1
mit 2 bezeichnet. Der Verteiler 2 ist in zwei Bereiche mittels eines
Strömungswehrs 32 geteilt. Derartige Strömungswehre 32 sind üblicherweise in
Verteilern zwecks Regulation der Stahlschmelzemenge vorgesehen, hierzu dient
auch die Überlaufschnauze 39. Im Boden des Verteilers ist eine Öffnung 33 zur
Aufnahme eines Stopfens vorgesehen. In das Strömungswehr 32 und in die - hier
mehrschichtige - Ausmauerung 34 des Verteilers sind Langlöcher 35, 36
eingebracht, in die konventionelle Thermoelemente 37, 38 einführbar sind. Es wird
deutlich, daß die Temperaturmessung der Schmelze im Verteiler von oben, aber
auch seitlich erfolgen kann. Insbesondere durch das in das Strömungswehr 32
eingebrachte Thermoelement 37 ist es möglich, die Temperaturen des
strömenden Stahls bei hoher Betriebssicherheit exakt zu messen.
1
Stahlpfanne
2
Verteiler
3
Stopfenverschluß
4
Tauchausguß
5
oszillierende Kokille
6
trichterförmige oszillierende Kokille
7
Ausziehrollen
8
Motor
9
Strang
10
Breitseite fixiert oder Rückseite, WF
11
Breitseite Losseite oder Rückseite, WL
12
Schmalseite auf der Bedienungsseite (NO)
13
Schmalseite auf der Antriebsseite (ND)
14
Anstellzylinder
15
Anstellzylinder
16
diskontinuierliche oder kontinuierliche Temperaturmessung des Stahles im
Verteiler
17
Stopfenbewegung
18
a Wärmestrommessung in MW/m2
der Festseite (WF)
18
b Wärmestrommessung in MW/m2
der Losseite (WL)
19
a Wärmestrommessung in MW/m2
der Bedienungsseite (NO)
19
b Wärmestrommessung in MW/m2
der Antriebsseite (ND)
20
Gießspiegelbewegung in dx/dt
21
Gießgeschwindigkeit, VG
22
Rechner
23
Grenzwerte
24
Bedienoberfläche
25
Vollautomatik/Auto-Pilot-Status
26
Alarm für Übernahme in Halbautomatik
27
Gießpulver
28
Gießschlacke
29
Gießschlackenfilm zwischen Kokille und Strangschale
30
Strangschale
31
Gießzeitpunkt tx
, nach der die Stahltemperatur sich im Gleichgewicht mit
dem Verteiler befindet
32
Strömungswehr eines Verteilers
2
33
Öffnung zur Aufnahme eines Stopfens
34
Verteilerausmauerung
35
Langloch
36
Langloch
37
Thermoelement
38
Thermoelement
39
Überlaufschnauze
Claims (13)
1. Verfahren zum Gießen eines metallischen Strangs in einer
Stranggußanlage mit einer Kokille (6), die jeweils gegenüberliegende
Kokillenschmalseiten (12, 13) und -breitseiten (10, 11) umfaßt, wobei
Schmelze aus einem Verteiler (2) in dlie Kokille (6) einströmt,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bestimmung des Ist-Gießzustandes,
Ermitteln von Änderungen des Ist-Gießzustandes über ein vorgegebenes Zeitintervall, und
falls sich die Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls bewegen, Umstellen auf eine automatische Betriebsweise zum Gießen, die einschließt,
Bestimmung der Ist-Verhältnisse der Wärmeströme der Kokillenschmal- zu den jeweiligen Kokillenbreitseiten sowie in Abhängigkeit hiervon Einstellen der Winkelanstellung mindestens einer der beiden Schmalseiten (12, 13) zur Einstellung eines vorgegebenen Soll-Verhältnisses der Wärmeströme,
Bestimmen der Schmelztemperatur im Verteiler und Einstellen der Gießgeschwindigkeit als Funktion von Schmelztemperatur und dem jeweiligen zu vergießenden Werkstoff oder
falls sich die Änderungen mindestens eines Teils oder aller der Parameter zur Bestimmung des Gießzustandes außerhalb eines vorgegebenen Soll- Intervalls befinden, Beibehalten der manuellen Steuerung der Winkelanstellung der Kokillenschmalseiten sowie Gießgeschwindigkeit.
Bestimmung des Ist-Gießzustandes,
Ermitteln von Änderungen des Ist-Gießzustandes über ein vorgegebenes Zeitintervall, und
falls sich die Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls bewegen, Umstellen auf eine automatische Betriebsweise zum Gießen, die einschließt,
Bestimmung der Ist-Verhältnisse der Wärmeströme der Kokillenschmal- zu den jeweiligen Kokillenbreitseiten sowie in Abhängigkeit hiervon Einstellen der Winkelanstellung mindestens einer der beiden Schmalseiten (12, 13) zur Einstellung eines vorgegebenen Soll-Verhältnisses der Wärmeströme,
Bestimmen der Schmelztemperatur im Verteiler und Einstellen der Gießgeschwindigkeit als Funktion von Schmelztemperatur und dem jeweiligen zu vergießenden Werkstoff oder
falls sich die Änderungen mindestens eines Teils oder aller der Parameter zur Bestimmung des Gießzustandes außerhalb eines vorgegebenen Soll- Intervalls befinden, Beibehalten der manuellen Steuerung der Winkelanstellung der Kokillenschmalseiten sowie Gießgeschwindigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung des Ist-Gießzustandes
die folgenden Parameter gemessen werden:
- - Temperatur der Schmelze im Verteiler
- - Position der Verschlußmittel für die Verteileröffnung als Maß für den oxidischen Reinheitsgrad,
- - Gießspiegelhöhe in der Kokille,
- - Wärmestrom über die Kokillenbreitseiten (WF; WL),
- - Wärmestrom über die Kokillenschmalseiten (NO; ND).
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Entscheidung, ob eine Umstellung von einem halbautomatischen auf
einen automatischen Betrieb stattfindet, zusätzlich die Änderungen der
Verhältnisse der Wärmeströme der Schmalseiten zu den Breitseiten mit
vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Umstellung auf einen automatischen Betrieb in Abhängigkeit von
der maximal möglichen Gießgeschwindigkeit ein entsprechendes Maß an
Gießpulver beigegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkelanstellungen der beiden Kokillenschmalseiten auf der
Bedienungsseite (Operatorseite (NO)) als auch auf der Antriebsseite
(Driveseite (ND)) unabhängig voneinander oder gemeinsam eingestellt
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach erfolgter Umstellung auf eine automatische Betriebsweise bei
Überschreiten von vorgegebenen Grenzwerten von Änderungen der
Parameter die Betriebsweise wieder in eine halbautomatische umspringt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,
gekennzeichnet durch folgende Schritte,
kontinuierliches oder diskontinuierliches Messen der Temperatur der Stahlschmelze im Verteiler und
Messen des Stopfenweges und
Messen der Gießspiegelhöhe in der Kokille und
Messen der Wärmeströme pro Flächeneinheit der Festseite als auch Losseite der Kokillenbreitseiten (W) und
Messen der Wärmeströme pro Flächeneinheit der Bedienungs (NO)- und Antriebsseite (ND) der Kokillenschmalseiten,
Bestimmung der Änderungen der jeweiligen gemessenen Werte über ein vorgegebenes Gießzeitintervall, und
falls sich die Änderungen mindestens eines Teils der aufgenommenen Werte innerhalb eines vorgegebenen Grenzintervalls befinden, Umstellen auf eine automatische Betriebsweise, wobei das Grenzintervall definiert ist durch:
die Veränderung der Stopfenbewegung ist maximal ± 2 mm/Zeiteinheit,
die Veränderung der Gießspiegelhöhe ist maximal ± 5 mm/Zeiteinheit,
die Veränderung der Wärmeströme der Kokillenbreitseiten ist maximal ± 0,10 MW/m2 absolut und relativ zueinander und
das Wärmestromverhältnis der Schmalseiten zu den Breitseiten wie folgt
0,9 < NO/W, ND/W < 0,4,
nach erfolgter Umstellung auf den Automatik-Betrieb,
Regelung der Winkelanstellung der Schmalseiten mittels Ansteuerung von Anstellzylindern, so daß sich das Verhältnis der Wärmeströme der Schmalseiten über die Breitseiten im folgenden Grenzintervall bewegt
0,8 < NO/W, ND/W < 0,6;
Messen der Ist-Schmelztemperatur im Verteiler,
Regelung der maximal zulässigen Gießgeschwindigkeit als Funktion der Schmelzetemperatur und Legierungszusammensetzung.
gekennzeichnet durch folgende Schritte,
kontinuierliches oder diskontinuierliches Messen der Temperatur der Stahlschmelze im Verteiler und
Messen des Stopfenweges und
Messen der Gießspiegelhöhe in der Kokille und
Messen der Wärmeströme pro Flächeneinheit der Festseite als auch Losseite der Kokillenbreitseiten (W) und
Messen der Wärmeströme pro Flächeneinheit der Bedienungs (NO)- und Antriebsseite (ND) der Kokillenschmalseiten,
Bestimmung der Änderungen der jeweiligen gemessenen Werte über ein vorgegebenes Gießzeitintervall, und
falls sich die Änderungen mindestens eines Teils der aufgenommenen Werte innerhalb eines vorgegebenen Grenzintervalls befinden, Umstellen auf eine automatische Betriebsweise, wobei das Grenzintervall definiert ist durch:
die Veränderung der Stopfenbewegung ist maximal ± 2 mm/Zeiteinheit,
die Veränderung der Gießspiegelhöhe ist maximal ± 5 mm/Zeiteinheit,
die Veränderung der Wärmeströme der Kokillenbreitseiten ist maximal ± 0,10 MW/m2 absolut und relativ zueinander und
das Wärmestromverhältnis der Schmalseiten zu den Breitseiten wie folgt
0,9 < NO/W, ND/W < 0,4,
nach erfolgter Umstellung auf den Automatik-Betrieb,
Regelung der Winkelanstellung der Schmalseiten mittels Ansteuerung von Anstellzylindern, so daß sich das Verhältnis der Wärmeströme der Schmalseiten über die Breitseiten im folgenden Grenzintervall bewegt
0,8 < NO/W, ND/W < 0,6;
Messen der Ist-Schmelztemperatur im Verteiler,
Regelung der maximal zulässigen Gießgeschwindigkeit als Funktion der Schmelzetemperatur und Legierungszusammensetzung.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektur der Winkelanstellung der Schmalseiten automatisch in
Schritten von jeweils 0,1 mm/Verstellaktion stattfindet.
9. System zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
welches vorgesehen ist in einer Stranggußanlage mit einer Kokille (6), die
jeweils gegenüberliegende Kokillenschmalseiten (12, 13) und -breitseiten
(10, 11) umfaßt, wobei Schmelze aus einem Verteiler in die Kokille einströmt
und die Verteileröffnung Verschlußmittel (3) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses umfaßt
Mittel zum Ermitteln des Ist-Gießzustandes anhand des Reinheitsgrades der Schmelze, des Gießspiegels und der spezifischen Breitseitenwärmeströme,
eine rechnerische Einheit (22) zur Bestimmung der Änderungen des Gießvorgangs über ein vorgegebenes Gießzeitintervall sowie Vergleich der Änderungen mit vorgegebenen Grenzwerten (23),
Mittel (14, 15) zur Änderung der Winkelstellung der konisch zueinander angeordneten beiden Kokillenschmalseiten sowie
Mittel zur Änderung der Gießgeschwindigkeit,
wobei die Mittel zur Änderung der Winkelstellung der Schmalseiten sowie die Mittel zur Änderung der Gießgeschwindigkeit sowohl in Abhängigkeit von dem Ergebnis der rechnerischen Einheit selbständig ansteuerbar sind oder halbautomatisch ansteuerbar sind.
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses umfaßt
Mittel zum Ermitteln des Ist-Gießzustandes anhand des Reinheitsgrades der Schmelze, des Gießspiegels und der spezifischen Breitseitenwärmeströme,
eine rechnerische Einheit (22) zur Bestimmung der Änderungen des Gießvorgangs über ein vorgegebenes Gießzeitintervall sowie Vergleich der Änderungen mit vorgegebenen Grenzwerten (23),
Mittel (14, 15) zur Änderung der Winkelstellung der konisch zueinander angeordneten beiden Kokillenschmalseiten sowie
Mittel zur Änderung der Gießgeschwindigkeit,
wobei die Mittel zur Änderung der Winkelstellung der Schmalseiten sowie die Mittel zur Änderung der Gießgeschwindigkeit sowohl in Abhängigkeit von dem Ergebnis der rechnerischen Einheit selbständig ansteuerbar sind oder halbautomatisch ansteuerbar sind.
10. System nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Ermitteln des Ist-Gießzustandes jeweils eine Einrichtung
zum Messender Temperatur der Schmelze im Verteiler, zum Messen des
Stopfenweges, zum Messen des Wärmestromes über die beiden
Kokillenbreitseiten, zum Messen des Wärmestromes über die beiden
Kokillenschmalseiten sowie zum Messen der Gießspiegelhöhe in der Kokille
umfaßt.
11. System nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch
Alarmmittel (26), die aktiviert werden bei Überschreiten der vorgegeben
Grenzwerte durch die errechneten Änderungen der Meßwerte und
Mitteln zum Zurückschalten der Automatik in eine Halbautomatik.
12. System nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bedienmittel (24) zur manuellen Steuerung der Gießgeschwindigkeit
und/oder der Winkelstellung mindestens einer der beiden
Kokillenschmalseiten (12, 13) vorgesehen ist.
13. System nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Messen der Temperatur der Schmelze im Verteiler
ein Thermoelement (37, 38) ist, welches in die Verteilerwandung oder in ein
Strömungswehr (32) des Verteilers (2) in ein darin eingebrachtes Langloch
(35, 36) einführbar ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: PLESCHIUTSCHNIGG, FRITZ-PETER, PROF. DR., 47269 DUISBURG, DE FELDHAUS, STEPHAN, DR., 40237 DUESSELDORF, DE PARSCHAT, LOTHAR, 40885 RATINGEN, DE VONDERBANK, MICHAEL, DR., 46509 XANTEN, DE KOWALEWSKI, ROBERT VICTOR, HENLLY S GWENT, CWMMBRAN, GB ULKE, THOMAS, 45665 RECKLINGHAUSEN, DE HEIDEMANN, ROLF-PETER, 09526 OLBERNHAU, DE |
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