DE19915268A1 - Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage - Google Patents
Verfahren zum Angießen einer StranggießanlageInfo
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Abstract
Um ein Verfahren zum Angießen der Kokille bei Stranggießanlagen bereitzustellen, wobei beim Angießvorgang eine dünne und stabile Strangschale eingestellt wird, wird ein Gießstartprogramm aus den Faktoren Füllstandsregelung mittels kontrollierter Stopfenbewegung, Kokillenkühlung und Einstellung der Oszillation schon während des Angießprozesses vorgeschlagen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage zum
Herstellen eines Gießprodukts aus Metall, insbesondere aus Stahl, umfassend
eine beim Angießvorgang bodenseitig verschlossene Kokille sowie ein Gießrohr,
das in den oberen Teil der Kokille eingeführt wird, wobei die Gießrohrdurchlaß
menge und somit der Kokillenfüllstand regelbar ist mittels eines in das Gießrohr
eintauchenden Stopfens, dessen gießrohrseitiges Ende einen sich kontinuierlich
verkleinernden kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei vor Beginn des Angieß
vorgangs der Zulauf des Gießrohres mittels des Stopfens verschlossen ist.
Grundsätzlich unterteilt sich das Stranggießen in die Gießstartphase mit boden
seitig verschlossener Kokille und die Phase des kontinuierlichen Gießens und Ab
ziehens des Strangs. Zum Gießstart wird die Kokille bekanntermaßen mittels ei
nes Stranganfahrkopfes verschlossen und mit schmelzflüssigem Metall gefüllt. Der
teilweise erstarrte Strangkopf wird mittels des Anfahrkopfes aus der Kokille gezo
gen. Mit dem Strangabzug beginnt der eigentliche kontinuierliche Gießprozeß.
Während der Gießstartphase bzw. des Angießvorgangs wird die in die Kokille ein
gefüllte Schmelzmenge über eine Stopfenbewegung kontrolliert. Im Gegensatz zu
dem sich anschließenden kontinuierlichen Strangabzug ist der Angießvorgang der
Kokille in der Praxis wenig automatisiert. Es ist theoretisch eine Idealkurve für die
Stopfenbewegung zur Einstellung eines optimalen Füllvorgangs der Kokille ermit
telbar. Aufgrund von Begrenzungen der Stopfengeschwindigkeit kommt es jedoch
zu einem unerwünschten Überschwingen bzw. Unterschwingen des Füllstandes
im Übergang zwischen der Angießphase und der kontinuierlichen Gieß- und Ab
zugsphase.
Zum Vergießen von hochlegierten und damit gießtechnisch kritischen Stahlsorten,
wie beispielsweise peritektischen Stählen oder austenitischen chromhaltigen
Rostfreistählen, ist ein gleichmäßiger und ebener Schmierfilm zwischen der sich
bildenden Strangschale und den Kokillenplatten notwendig. Dieser Schmierfilm
muß zudem schnell aufgebaut werden. Er dient zur Isolierung und verhindert eine
zu große und schnelle Wärmeabfuhr, was einer unerwünschten Rißbildung der
Schale entgegenwirkt. In diesem Zusammenhang ist es problematisch, daß die
beim Angießvorgang schroff abgekühlte Schmelze in der Kokille in der Regel eine
sehr unebene bzw. hügelige Strangschale bildet, in deren "Tälern" die erste Flüs
sigschlacke abfließen kann, wenn am Meniskus eine große Spalte zwischen der
sich bildenden Strangschale und den Kokillenplatten entsteht. Im allgemeinen bil
det sich eine dicke unebene Schlackenschicht zusammen mit einer dünnen un
ebenen Strangschale aus oder eine dünne unebene Schlackenschicht zusammen
mit einer dicken unebenen Strangschale. Erst mit der Zeit können sich derartig
entstandene hügelige Flüssigschlacke- bzw. Schmierfilmschichten in gewünschte
ebene Schichten verändern. Dies in der Zwischenzeit entstandenen Strangschalen
sind aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeabfuhr uneben und neigen zu Längs-
und Querrissen und Depressionen.
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Angießen der Kokille bei Stranggießanlagen bereitzustellen, so daß beim An
gießvorgang eine gleichmäßige und stabile Strangschale eingestellt wird.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gießstartprogramm vorgeschlagen, in das die
Faktoren Füllstandsänderung, Temperaturregelung der Kokille und Oszillations
bewegung eingehen. Die Füllstandsänderung in der Kokille soll vor dem Übergang
von Angießvorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Abzugprozeß gering sein, be
reits während des Angießvorgangs wird die Temperatur der Seitenplatten der Ko
kille geregelt und die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die automatisierte Stopfen
bewegung nicht an einer idealen Füllstand-Zeitkurve orientieren darf. Es wird vor
geschlagen, daß sich der Angießvorgang aus drei zeitlichen Phasen zusammen
setzt, wobei in einer ersten Phase der Stopfen mit einer derartigen Geschwindig
keit nach oben längs der Gießrohrachse bewegt wird, daß der Füllstand der Ko
kille schnell ansteigt, daß in einer zweiten Phase der Stopfen mit einer konstanten
Geschwindigkeit bewegt wird, so daß der Füllstand gleichmäßig stetig ansteigt,
und daß in einer dritten Phase der Stopfen bis zu der anfänglichen geschlossenen
Position mit konstanter Geschwindigkeit zurückgefahren wird zur kurzzeitigen Be
endigung des Füllvorgangs in der Kokille und daß sich daran der kontinuierliche
Gieß- und Strangabzugprozeß anschließt. Auf diese Weise wird insbesondere ein
Überschwingen bzw. Unterschwingen des Füllstands im Übergang zwischen der
Angießphase und der kontinuierlichen Gieß- und Abzugsphase vermieden.
Des weiteren wird im Rahmen des erfindungsgemäßen kombinatorischen Start
programms vorgeschlagen, daß die Strangschaleneigenschaften durch geeignete
Regelung der Temperatur der Kokillenplatten bereits während des Angießvor
gangs beeinflußt werden. Dies ist schon durch einen reduzierten Kühlwasser
durchfluß zur Kühlung der Kokillenplatten während des Angießvorgangs möglich.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, die Kokillenplatten vor dem eigentlichen An
gießvorgang vorzuwärmen und erst nach Abschluß des Angießvorgangs mit der
Kühlung zu beginnen.
Gleichzeitig soll während des Angießvorgangs bereits vor dem Start des Strang
abzugs die Oszillation der Kokille mit großer Hubhöhe und in dieser Phase die
Zugabe von Schlackepulver einsetzen. Das Anfahren mit großer Hubhöhe und
somit von Gießschlacke verbrauchenden Oszillationsparametern unterstützt eine
schnelle Einförderung von Gießpulver bzw. Flüssigschlacke in den Spalt zwischen
der Strangschale und den Kokillenplatten. Die Reibungsverhältnisse werden ver
bessert, es bildet sich auch bei schwierig vergießbaren Stählen eine gleichmäßige
Strangschale aus.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen automatischen Startprogramms, das durch die
Kombination der Faktoren Beeinflussung der Stopfenbewegung zur Einstellung
des Füllstandes, Kokillenkühlung und Beginn der Oszillationsbewegung günstige
Bedingungen schafft, wird beim Angießvorgang bereits eine dünne, anpassungs
fähige Strangschale erhalten. Dies hat u. a. den Vorteil, daß nicht erst durch die
Wärme der Stahlschmelze selbst die Kokillenplatten auf Betriebstemperatur ge
bracht werden müssen.
Zum Ablauf des Startprogramms wird der sich einstellende Füllstand in der Kokille
während des Angießvorgangs gemessen. Hierzu eignen sich radiometrische Sy
steme oder Thermoelemente. Es sind Ultraschallsensoren denkbar, wenn ein
Spritzschutz vorhanden ist. Die Temperaturmessung in der Kokille zur Regelung
der Durchflußmenge des Kühlwassers ist mittels Thermoelementen möglich.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs, die sich nach
dem vorgeschlagenen Verfahren ergibt, sowie während des sich an
schließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleichzeitigem
Strangabzug,
Fig. 2 die der Fig. 1 entsprechende Stopfenweg-Zeitkurve;
Fig. 3 die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs sowie während
des sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleich
zeitigem Strangabzug bei un- bzw. niedriglegierten Stahlsorten (A-B);
Fig. 4 die Füllstand-Zeitkurve bei höherlegierten Stahlsorten (C-D);
Fig. 5 die sich aus den Fig. 3 und 4 durchschnittliche ergebende Füll
stand-Zeitkurve;
Fig. 6 Füllstand-Zeitkurven mit einem überschwingenden bzw. unter
schwingenden Übergang des Füllstandes zwischen Angießvorgang
und sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleich
zeitigem Strangabzug;
Fig. 7 Temperaturverlauf der Kokillenkühlung bzw. Geschwindigkeitsverlauf
des Kühlwassers über der Zeit nach dem vorgeschlagenen Verfah
ren;
Fig. 8 Oszillationsbewegung-Zeitverlauf nach dem vorgeschlagenen Ver
fahren.
Fig. 1 zeigt mittels einer Füllstand-Zeitkurve 1 sowie entsprechender Stopfenbe
wegung 1'(Fig. 2) den sich nach dem vorgeschlagenen Verfahren ablaufenden
Füllvorgang, der sowohl bei leichter zu vergießenden unlegierten Stählen als auch
bei höherlegierten Stählen eine gewünschte dünne und gleichwohl stabile Strang
schale ergibt. Die sich ergebende Füllstandhöhe der Kurve 1 befindet sich im Zeit
bereich kurz vor dem Übergang zwischen dem Angießvorgang und dem kontinu
ierlichen Gießprozeß mit gleichzeitigem Strangabzug oberhalb der Füllstandhöhe,
die sich nach einer durchschnittlich ermittelten Füllstand-Zeitkurve 2 ergeben wür
de. Die entsprechende theoretische Stopfenbewegung ist mit 2' (Fig. 2) gekenn
zeichnet. Der Übergang zwischen Gießstart und kontinuierlichem Gießvorgang ist
mit 0 bezeichnet.
Diese Durchschnittskurve 2 (Fig. 5) wird aus den Mittelwerten der Füllstand-
Zeitkurve 3 für unlegierte oder niedriglegierte Stähle (Fig. 3; Stahlsorte A-B) und
den der Füllstand-Zeitkurve 4 für hochlegierte Stähle (Fig. 4; Stahlsorte C-D) er
halten. Die hierzu erforderlichen Werte werden entweder mittels Thermoelemen
ten oder mittels radiometrischen Meßsystemen aufgenommen. Da diese Idealkur
ve für alle Stähle A-B-C-D aufgrund einer Bewegungsbegrenzung des Stopfens in
der Praxis nur ungenügend nachfahrbar ist, stellt sich ein überschwingender (Kur
ve 5 der Fig. 6) bzw. unterschwingender (Kurve 6 der Fig. 6) Füllstandsverlauf
beim Übergang vom Angießvorgang zum eigentlichen Gieß- und Abziehprozeß
ein, der Grund für Gießstartfehler ist. Bei dem Kurvenverlauf 5 bildet sich eine dic
ke Strangschale am Meniskus, bei dem Kurvenverlauf 6 wird die Schlackenkruste
überflutet. Durch die vorgeschlagene Verfahrbewegung des Stopfens stellt sich
die Kurve 1 (Fig. 1) ein, die oberhalb der Durchschnittskurve 2 verläuft. Mit dem
schraffierten Bereich und P ist der günstigste Zeitpunkt für die Zugabe des
Schlackepulvers gekennzeichnet. Durch die langsame Bewegung des Stopfens in
diesem Bereich (vgl. Kurve 1) wird dieser bisher kritische Vorgang für die Strang
schalenbildung verbessert.
In das vorgeschlagene Gießstartprogramm soll gleichzeitig die Kokillentemperatur
regelung eingehen. Ziel ist die schnellstmögliche Einstellung der Temperatur der
Kokille auf die gewünschte Betriebstemperatur. Hierzu wird schon während des
Angießvorgangs die Temperatur der Kokillenplatten geregelt (vgl. Fig. 7). Die
Seitenplatten der Kokille werden während des Gießvorgangs vorgewärmt (vgl.
Kurve H2O T°C). Während des kontinuierlichen Gießvorgangs wird der Vorwärm
prozeß von einem Kühlprozeß zur Ableitung der Schmelzwärme abgelöst. Weiter
hin ist während des Angießvorgangs die Geschwindigkeit des Kühlwassers vs zur
Kühlung der Seitenplatten der Kokille vermindert. Die Durchflußgeschwindigkeit vs
steigt beim kontinuierlichen Gießvorgang an. Alternativ zur Wasservorwärmung
wird eine mit x bezeichnete Dampfvorheizung vorgeschlagen. Die Vorlaufwasser
temperatur und die Wasserdurchflußmenge werden hinsichtlich der Dicke der Ko
killenplatte korrigiert.
Als weiterer Faktor des Gießstartprogramms geht die Oszillation der Kokille ein
(Fig. 8), die bereits während des Angießvorgangs beginnt. Aufgrund der ge
wünschten Schlackeförderung wird mit einem großen Hub bei kleiner Hubfrequenz
begonnen, wobei sich dieses Verhältnis beim kontinuierlichen Gießprozeß ändert.
Als eine besonders günstige Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Oszil
lation bei einer Füllstandshöhe beginnt unterhalb 100 mm der Füllstandshöhe, die
dem Übergang (gekennzeichnet mit Null) bzw. Setpoint entspricht. Mit H ist der
Hub in mm, mit H/min die Hubfrequenz bezeichnet.
Claims (6)
1. Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage zum Herstellen eines
Gießprodukts aus Metall, insbesondere aus Stahl, umfassend eine beim
Angießvorgang bodenseitig verschlossene Kokille sowie ein Gießrohr, das
in den oberen Teil der Kokille eingeführt wird, wobei die Gießrohrdurchlaß
menge und somit der Kokillenfüllstand regelbar ist mittels eines in das
Gießrohr eintauchenden Stopfens, dessen gießrohrseitiges Ende einen sich
kontinuierlich verkleinernden kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei vor
Beginn des Angießvorgangs der Zulauf des Gießrohres mittels des Stop
fens verschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Füllstandsänderung in der Kokille vor dem Übergang vom Angieß vorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Strangabzugprozeß gering ist,
daß während des Angießvorgangs die Temperatur der Seitenplatten der Kokille geregelt wird und daß während des Angießvorgangs die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt wird.
daß die Füllstandsänderung in der Kokille vor dem Übergang vom Angieß vorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Strangabzugprozeß gering ist,
daß während des Angießvorgangs die Temperatur der Seitenplatten der Kokille geregelt wird und daß während des Angießvorgangs die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Angießvorgang aus drei zeitlichen Phasen zusammensetzt,
wobei in einer ersten Phase der Stopfen mit einer derartigen Geschwindig
keit nach oben längs der Gießrohrachse bewegt wird, daß der Füllstand der
Kokille schnell ansteigt, daß in einer zweiten Phase der Stopfen mit einer
konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, so daß der Füllstand gleichmäßig
stetig ansteigt, und daß in einer dritten Phase der Stopfen bis zu der an
fänglichen geschlossenen Position mit konstanter Geschwindigkeit zurück
gefahren wird zur kurzzeitigen Beendigung des Füllvorgangs in der Kokille
und daß sich daran der kontinuierliche Gieß- und Strangabzugprozeß an
schließt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Angießvorgangs der Kühlwasserdurchfluß vs zur Kühlung
der Seitenplatten der Kokille gedrosselt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenplatten der Kokille während des Angießvorgangs vorgewärmt
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oszillierende Bewegung der Kokille während des Angießvorgangs
mit einer großen Hubhöhe bei kleiner Hubfrequenz durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Angießvorgangs Schlackepulver in die Kokille gegeben
wird.
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1999
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2000
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |