EP1066898B1 - Verfahren zur Schmelzenführung in einer Stranggiessmaschine - Google Patents

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EP1066898B1
EP1066898B1 EP00114274A EP00114274A EP1066898B1 EP 1066898 B1 EP1066898 B1 EP 1066898B1 EP 00114274 A EP00114274 A EP 00114274A EP 00114274 A EP00114274 A EP 00114274A EP 1066898 B1 EP1066898 B1 EP 1066898B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distributor
melt
casting
temperature
liq
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00114274A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1066898A1 (de
Inventor
Fritz-Peter Prof. Dr. Pleschiutschnigg
Stephan Dr. Feldhaus
Lothar Parschat
Michael Dr. Vonderbank
Erwin Dr. Wosch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP1066898A1 publication Critical patent/EP1066898A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1066898B1 publication Critical patent/EP1066898B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out the melt in a continuous casting machine, wherein the melt of a specific alloy having a liquidus temperature T liq is poured into a casting mold via a distributor and the strand solidified within the casting mold is drawn off.
  • the object of the present invention is to provide a method for To provide melt guide in a continuous casting machine, with which a accurate temperature and casting speed control for a reliable and in particular automatable casting is possible.
  • the method proposes that the actual temperature of the melt is detected in the distributor at an actual casting speed, wherein the detection of the temperature discontinuously or continuously by means of suitable known temperature receiving means, such as thermocouples or temperature sensors occurs.
  • suitable known temperature receiving means such as thermocouples or temperature sensors.
  • the actual heat loss of the melt in the distributor and during its residence time between distributor and pouring mirror in the casting mold, for example an oscillating mold, is determined by taking factors responsible for the heat loss. Knowing the liquidus temperature T liq of the melt to be cast and the current heat loss, an equivalent liquidus temperature T * liq (+ 0 ° C) is determined as the melt temperature limit in the distributor at which continuous casting defects occur in the mold.
  • the temperature in the mold steel temperature must therefore be chosen so that no pre-solidification takes place in the mold and the casting powder is sufficiently melted to ensure good lubrication and insulation of the strand in his journey through the mold.
  • the isotherms are determined for this purpose, ie the equivalent liquidus temperature profiles T * liq + x (° C) as a function of the superheat temperature x (° C) with x> 0, in each case depending on the casting speed ,
  • T * liq + x (° C) as a function of the superheat temperature x (° C) with x> 0, in each case depending on the casting speed .
  • the temperature of the melt in the distributor as a measure of prediction the temperature conditions used in the mold.
  • the current temperature conditions in the mold can be predicted or indirectly within an "incubation period" and for recruitment an optimal casting speed or a casting speed range be used.
  • the casting speed is therefore not directly dependent from the temperature of the melt in the mold, but indirectly above the distributor temperature is set.
  • the method offers the possibility of indicating, for example, excessive cooling of the melt in the mold level of the mold, which is indicated by the determination of the equivalent T * liq temperature in the manifold, which is based on the melt temperature measurement in the manifold to respond by a corresponding G man Oberöhung to avoid a casting disturbance in the mold in the form of surface defects on the cast product or a breakthrough.
  • T * liq temperature in the manifold which is based on the melt temperature measurement in the manifold to respond by a corresponding Gelloserhöhung to avoid a casting disturbance in the mold in the form of surface defects on the cast product or a breakthrough.
  • the solidification process in the mold at a optimal casting speed and at the same time a trouble-free production and ensure good surface quality.
  • the invention makes it clear that with the detection of the melt temperature in the distributor by discontinuous and / or continuous measurement and by the qualitative "online" detection of the heat losses of the melt in the manifold and between distributor and mold optimal, breakthrough-proof and possibly fully automatic melt management alone on the data of the melt temperature in the distributor and the equivalent T * liq temperature of the melt in the distributor, T * liq . + 0 ° C and its isotherms +5 to + 20 ° C, preferably in a step interval of 5 ° C, respectively, or the temperature curves over the casting speed can be ensured to produce an isothermal window.
  • the casting speed is chosen so that the temperature of the melt in the distributor runs along or above the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 5 ° C.
  • the temperature of the melt in the distributor should preferably run along or below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 20 ° C., particularly preferably below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 15 ° C.
  • the residence time of the melt in the distributor is dependent the casting capacity, which in turn is determined by the casting width, the solidification thickness, the casting speed, the current distributor level and the Ratio of distributor surface to its volume or distributor size, the drop in the melt weight in the distributor depending on its Surface / Votum ratio, the initial heating time of the distributor for adjusting the equilibrium temperature corresponding to the melt temperature as well as the insulation or the insulation state of the distributor and thus the Heat radiation of the distributor.
  • the inventively proposed system is used in a continuous casting machine with an oscillating stand or walking mold, also in Continuous casting machines with a casting mold designed as 2-roller molds (Twin Roller) or band mold are formed. Especially with the last two procedures allowed the proposed system at the necessary high casting speeds with decreasing solidification times at a smaller solidification thickness one optimal process control.
  • FIG. 1a schematically illustrates a part of the casting process sequence of a molten steel in a continuous casting machine
  • Figure 5 gives an overview of a complete continuous casting machine.
  • the melt is poured over a pan 1 in a manifold 2, from which it then flows through a submount (also SEN) 3 in the mold 4.
  • the embodiment of the casting method illustrated in FIG. 1 is a stand-alone mold oscillating in the vertical direction with respect to the solidifying strand shell 5a, b (see arrows in the mold side walls 6a, b), for example a thin-slab mold.
  • the outflow rate of the melt from the distributor is controlled by means of a vertically movable plug 7 with traversing device 7a or a slider 8.
  • the dip tube 3 dips into the mold 4.
  • 9 is the self-adjusting Gittyapt, with 10 the casting powder or forming casting slag characterized.
  • the casting speed v c is given by the mold dimensions resulting slab width at the exit from the mold.
  • the distributor 2 has a thermal radiation in thermal equilibrium with the melt, here indicated by 11, which can be indicated with a skin temperature of, for example, 100 ° C. and which thus leads to a heat loss of the steel during its residence time in the distributor.
  • the manifold 2 is further characterized by a maximum weight of the melt with a maximum fill height (h max) in proportion to the respective actual filling height h.
  • the heat losses of the melt in the dip tube (SEN) 3, here indicated by 13 and possibly the actual filling height h of the manifold is detected based on the heat loss of the steel in the distributor has an influence directly.
  • the inventive method or system is not limited to a continuous casting with an oscillating mold is, there are also casting processes after the strip casting process (Fig. 1a), in which the melt from a distributor 102 onto a cooled endless belt 104, which runs around two rollers 114, 115, poured and withdrawn, or
  • the 2-roll casting Fig. 1 b
  • the melt from a Distributor 202 between two counter-rotating rollers 214, 215 is poured and then subtracted, conceivable.
  • FIGS. 2 and 2a show the relationships between the melt temperature in the distributor or the Overheating of the melt in the distributor (or the heat loss of the melt in the distributor and between distributor and bath level of the mold) and the casting speed as well as the utilization of these connections for the mathematical prediction of the temperature of the melt in the bath level in the mold.
  • Fig. 2a shows a detail of Fig. 2 in the casting speed range from 3.5 to 6.0 m / min. Under distribution temperature is in each case the temperature of the Melt in the distributor to understand.
  • T * liq temperature of the melt in the distributor 15 or the equivalent T * liq temperature profile (T * liq + 0 ° C) shown in the diagram show at which temperature in the distributor the steel temperature in the distributor Mold will reach the liquidus temperature. If the liquidus temperature (here about 1500 ° C) is reached too early in the mold, the solidification takes place already in the mold level and not only in contact with the mold walls to form the desired strand shell, creating a bridging and thus a breakthrough by missing Slag lubrication or defective strand surfaces are connected.
  • the ratio of the temperature of the melt to the casting speed shown in FIGS. 2 and 2a can be influenced by various factors which shift the T / v c -Raster to higher or lower temperatures and thus bring about a dynamic.
  • the influence of various factors is shown in FIG.
  • the heat loss increases with the decrease of the distributor weight in function of the top surface / volume ratio of the distributor and the residence time (influence B), as shown schematically in Fig. 3b.
  • influence B the heat loss and thus the necessary overheating by the so-called "Liquid Core Reduction” increases, the strand is reduced with still liquid sump from Kokillenaustrittsdicke x to a smaller solidification thickness y (influence C).
  • the heat loss decreases with greater casting power due to an initially increasing heating process of the distributor 2 during the casting of the first melt, the temperature being adjusted to an equilibrium temperature after a certain time (see Fig. 2b).
  • the time t GG is about 20-30 minutes, until a temperature equilibrium between distributor and melt is set (influence A).
  • the heat loss decreases with increasing casting width, shown in Fig. 3a with the ratio D to D1) and with increasing solidification thickness (D2) and with improved insulation of the manifold of the Verteilausausmautation (influence E, Fig. 3a) or sinking outer distributor skin temperature and immersion nozzle.
  • the T / v c raster becomes dynamic and can be constantly updated during casting by means of 'online' recorded process data.
  • Fig. 4 in such a dynamic temperature casting system the casting property behavior of a melt with certain composition, wherein the respective casting speed is optimally adapted according to the method of the invention, here represented by 18. Furthermore, in FIG. 4, the frequency distribution (19) the temperatures of the melt in the distributor in the given diagram one here - Monthly production - of good and thus inconspicuous melts registered to to be able to statistically determine an optimization of the melt guide.
  • FIG. 5 shows an overview of a continuous casting machine with a pan 300 as well a pan 300 receiving fixture 301 and a manifold 302 with appropriate holding device 303.
  • the heat loss of the melt in Distributor is determined by means of suitable measuring devices 304 and the data via corresponding lines 305, 306 fed into a computer 307. It is also conceivable already the heat loss of the melt in the pan Measure by means of measuring devices 308 and via the line 309 in the computer feed. It is also conceivable, in a first approximation of a constant Steel temperature in the pan with a temperature drop of for example 0.1 ° C / min go out.
  • the more certain the more factors and the liquidus temperature of the alloy is the equivalent Uquidus temperature calculated and in the temperature / casting speed diagram represented by a monitor 310.
  • a target casting speed which is in the illustrated isothermal window, set, and via a line 312 of the slide or plug of the distributor as adjusting (315) controlled for the casting speed.
  • the inventive method and the system are used for thin slab casting.
  • a thin slab of, for example 50 mm solidification thickness requires a solidification time of about 1 min.
  • the processes in the Mold at casting speeds of up to now 8 m / min and in the near future 10 m / min make for a reliable temperature and temperature Speed guide necessary, which provided according to the invention becomes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelzenführung in einer Stranggießmaschine, wobei die Schmelze einer bestimmten Legierung mit einer Liquidus-Temperatur Tliq über einen Verteiler in eine Gießform gegossen wird und der innerhalb der Gießform erstarrte Strang abgezogen wird.
Die Stranggießprozesse nach den herkömmlichen Stranggießverfahren mit einer oszillierenden Kokille über das Dünnbrammengießen, das Bandgießen oder 2-Rollen-Gießen machen mit der ständig dünner werdenden Erstarrungsdicke des Gußproduktes mit kürzer werdenden Erstarrungszeiten und steigenden Gießgeschwindigkeiten eine genaue Prozeßführung notwendig
In der Patentschrift US-A-4 235 276 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Wärmeverlust der Schmelze in der Kokille, durch Regelung der Abzugsgeschwindigkeit kontrolliert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schmelzenführung in einer Stranggießmaschine bereitzustellen, mit denen eine genaue Temperatur- und Gießgeschwindigkeitsführung für ein betriebssicheres und insbesondere automatisierbares Gießen möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im einzelnen wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, daß die Ist-Temperatur der Schmelze im Verteiler bei einer Ist-Gießgeschwindigkeit erfaßt wird, wobei die Erfassung der Temperatur diskontinuierlich oder kontinuierlich mittels geeigneter bekannter Temperaturaufnahmemittel, beispielsweise Thermoelementen oder Temperatursensoren, erfolgt. Es wird der Ist-Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler und während ihrer Verweilzeit zwischen Verteiler und Gießspiegel in der Gießform, beispielsweise einer oszillierenden Kokille, durch Eingehen von Faktoren, die für den Wärmeverlust verantwortlich sind, ermittelt. Unter Kenntnis der Liquidustemperatur Tliq der zu vergießenden Schmelze und des aktuellen Wärmeverlustes wird eine äquivalente Liquidus-Temperatur T*liq (+ 0°C) als Grenzbereich für die Temperatur der Schmelze im Verteiler ermittelt, bei dem Stranggußfehler in der Kokille auftreten. Das heißt, es wird die Temperatur der Schmelze im Verteiler bzw. der Temperaturverlauf über die Gießgeschwindigkeit ermittelt, bei der die Schmelze in der Gießform bereits in einem unerwünscht frühen Stadium erstarrt, d.h. im Gießspiegel bzw. im Gießspiegelbereich. Wird nämlich die Liquidus-Temperatur bereits im Gießspiegel der Kokille erreicht, besteht die Gefahr einer Brückenbildung im erstarrenden Gefüge verbunden mit einem Strangdurchbruch durch fehlende Schlackenschmierung oder schadhafte Strangoberflächen. Die sich in der Kokille einstellende Stahltemperatur muß also so gewählt sein, daß keine Vorerstarrung im Gießspiegel stattfindet und das Gießpulver ausreichend aufgeschmolzen wird, um eine gute Schmierung sowie Isolation des Stranges bei seiner Reise durch die Kokille sicherzustellen.
Es werden in Abhängigkeit dieser Grenztemperatur bzw. des Grenzverlaufs die Isothermen hierzu ermittelt, d.h. die äquivalenten Liquidus-Temperaturverläufe T*liq + x(°C) in Abhängigkeit der Überhitzungstemperatur x(°C) mit x>0, jeweils in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit. Es entsteht auf diese Weise ein Raster, welches unter Verwendung der Temperatur der Schmelze im Verteiler als Maß eine Vorhersage für die Temperaturverhältnisse in der Kokille zuläßt, indem das Verhältnis der Schmelzetemperaturen im Verteiler und der Kokille über die Überhitzung und die jeweilige Gießgeschwindigkeit ausgenutzt wird. Es folgt ein Anpassen der Ist-Stranggießgeschwindigkeit an eine Soll-Stranggießgeschwindigkeit oder auch eines Soll-Stranggießgeschwindigkeitsbereichs innerhalb eines vorgegebenen Isothermenfensters, dessen unterste Grenze oberhalb des äquivalenten Uquidus-Temperaturverlaufs T*liq (+ 0°C) verläuft. Damit ist sichergestellt, daß zu keiner Zeit in Abhängigkeit der Temperatur der Schmelze im Verteiler und des Wärmeverlustes mit einer Gießgeschwindigkeit gefahren wird, die zu einem Durchbruch des Stranges in der Kokille aufgrund zu niedriger Temperaturen führen könnte.
Insgesamt wird damit die Temperatur der Schmelze im Verteiler als Maß zur Vorhersage der Temperaturverhältnisse in der Gießform verwendet. Auf diese Weise können die aktuellen Temperaturverhältnisse in der Kokille vorhergesagt werden bzw. mittelbar innerhalb einer "Inkubationszeit" erfaßt werden und zur Einstellung einer optimalen Gießgeschwindigkeit bzw. eines Gießgeschwindigkeitsbereiches genutzt werden. Die Gießgeschwindigkeit wird demnach nicht unmittelbar in Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze in der Kokille, sondern mittelbar über die Verteilertemperatur eingestellt.
Durch diese Vorhersagemöglichkeit bietet das Verfahren die Möglichkeit, auf eine sich abzeichnende, beispielsweise zu starke, Abkühlung der Schmelze im Gießspiegel der Kokille, welche durch die Bestimmung der äquivalenten T*liq-Temperatur im Verteiler, die auf der Schmelzetemperaturmessung im Verteiler basiert, angezeigt wird, durch eine entsprechende Gießgeschwindigkeitserhöhung zu reagieren, um eine Gießstörung in der Kokille in Form von Oberflächenfehlern auf dem Gußprodukt oder eines Durchbruchs zu vermeiden. Diese relativ früh erkennbare Problematik bzw. Vorhersage der Geschehnisse in der Gießform bzw. Kokille wird besonders deutlich mit Hilfe einer Temperatur-Dauermessung der Schmelze im Verteiler und basiert auf der langen Verweilzeit des Stahles von beispielsweise 8 Minuten im Verteiler, die ausreichend Zeit für eine entsprechende Änderung der Gießgeschwindigkeit gibt.
Verfahrensgemäß werden zum Erreichen einer guten Prozeßführung Daten "online" gemessen werden, die den Erstarrungsvorgang in der Kokille bei einer hierzu optimalen Gießgeschwindigkeit und gleichzeitig einer störungsfreien Produktion und guten Oberflächenqualität sicherstellen.
Die Erfindung macht deutlich, daß mit der Erfassung der Schmelzetemperatur im Verteiler durch diskontinuierliche und/oder kontinuierliche Messung sowie durch die qualitative "online"-Erfassung der Wärmeverluste der Schmelze im Verteiler und zwischen Verteiler und Gießform eine optimale, durchbruchsichere und ggf. vollautomatische Schmelzenführung allein auf den Daten der Schmelzetemperatur im Verteiler und der äquivalenten T*liq-Temperatur der Schmelze im Verteiler, T*liq. +0°C und ihren Isothermen +5 bis +20°C, vorzugsweise in einem Schrittintervall von jeweils 5°C, bzw. die Temperaturverläufe über die Gießgeschwindigkeit zur Erzeugung eines Isothermenfensters sichergestellt werden kann.
Um ein sicheres Gießen zu erreichen, wird die Gießgeschwindigkeit so gewählt, daß die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder oberhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 5°C verläuft. Vorzugsweise soll die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder unterhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 20°C verlaufen, besonders vorzugsweise unterhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 15°C.
Insgesamt sollen diese ermittelten äquivalenten Liquidus-Temperaturverläufe T*liq + 0°C bzw. x°C einer Schmelze mit vorgegebenen Isothermenfenster in einem Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm über die Gießzeit einer Schmelze dargestellt werden und optisch sichtbar gemacht werden. Auf diese Weise ist eine Prozeßbeobachtung stets möglich. Gleichzeitig wird vorgeschlagen, daß in dieses Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm Einflußgrößen einfließen, die das Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm zu höheren oder niedrigeren Temperaturen verschiebt und somit dynamisch verändert. Spezielle Einflußgrößen und deren Auswirkungen werden in der Figurenbeschreibung erläutert.
In den Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler gehen die Verweilzeit der Schmelze im Verteiler ein, wobei die Verweilzeit der Schmelze im Verteiler abhängig ist von der Gießleistung, die wiederum bestimmt wird von der Gießbreite, der Erstarrungsdicke, der Gießgeschwindigkeit, dem aktuellem Verteilerfüllstand sowie dem Verhältnis von Verteileroberfläche zu dessen Volumen bzw. der Verteilergröße, das Absinken des Schmelzegewichts im Verteiler in Abhängigkeit zu dessen Oberftächen/Votumenverhäitnis, die anfängliche Aufheizungszeit des Verteilers zur Einstellung der der Schmelzetemperatur entsprechenden Gleichgewichtstemperatur sowie die Isolation bzw. der Isolationszustand des Verteilers und somit die Wärmeabstrahlung des Verteilers.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene System findet Anwendung in einer Stranggießmaschine mit einer oszillierenden Standkokille oder Wanderkokille, auch in Stranggießmaschinen mit einer Gießform, die als 2-Rollen-Kokille (Twin Roller) oder Bandkokille ausgebildet sind. Gerade bei den letzten beiden Verfahren erlaubt das vorgeschlagene System bei den notwendigen hohen Gießgeschwindigkeiten mit kürzer werdenden Erstarrungszeiten bei kleinerer Erstarrungsdicke eine optimale Prozeßführung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung: Hierbei zeigen:
Fig. 1
schematisch einen Querschnitt eines Ausschnitts einer Stranggießmaschine mit einem Verteiler und einer oszillierenden Kokille;
Fig. 1a
schematisch einen Längsschnitt einer Bandgießanlage mit Bandkokille;
Fig. 1b
schematisch einen Querschnitt einer 2-Rollen-Anlage mit 2-Rollen-Kokille;
Fig. 2a
ein Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm bzw. T/vc-Raster nach der Erfindung;
Fig. 2b
das Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm bzw. T/Vc-Raster der Fig. 2a mit eingetragenen äquivalenten T*liq-Verläufen;
Fig. 3
ein dynamisches Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeits diagramm (T/Vc-Raster) nach der Erfindung;
Fig. 3a
die schematische Darstellung des Einflusses der Verteilerisolation (E) und der Gießleistung (D) auf das Verteilertemperatur-/Gieß geschwindigkeitsdiagramm;
Fig. 3b
die schematische Darstellung des Einflusses der anfänglichen Aufheizphase des Verteilers zur Einstellung eines Temperatur-Gleichgewichtszustands (A), des Absinkens des Gewichts der Schmelze im Verteiler (B) sowie einer Liquid-Core-Reduction (C);
Fig. 4
dynamisches Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm (T/vc-Raster) mit einer Häufigkeitsverteilung von ordnungsgemäßen Schmelzen und einem Durchbruch über einen Zeitabschnitt;
Fig. 5
eine schematische Darstellung einer Stranggießmaschine mit einer oszillierenden Kokille sowie einer Steuerungs- und Darstellungsein heit.
Figur 1a stellt schematisch einen Teil des Gießprozeßablaufs einer Stahlschmelze in einer Stranggießmaschine dar, während Figur 5 einen Überblick über eine vollständige Stranggießmaschine gibt. Für den Gießprozeßablauf wird die Schmelze über eine Pfanne 1 in einen Verteiler 2 gegossen, aus dem sie anschließend über einen Tauchausguß (auch SEN) 3 in die Kokille 4 einströmt. Nach der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Gießverfahrens handelt es sich um eine in der Vertikalen gegenüber der erstarrenden Strangschale 5a, b oszillierende (vgl. Pfeile in den Kokillenseitenwänden 6a, b) Standkokille, beispielsweise eine Dünnbrammenkokille. Die Ausflußgeschwindigkeit der Schmelze aus dem Verteiler wird mittels eines vertikal verfahrbaren Stopfens 7 mit Verfahreinrichtung 7a oder eines Schiebers 8 geregelt. Das Tauchrohr 3 taucht in die Kokille 4 ein. Mit 9 ist der sich einstellende Gießspiegel, mit 10 das Gießpulver bzw. sich bildende Gießschlacke gekennzeichnet. Insgesamt ergibt sich die Gießgeschwindigkeit vc. Mit x ist die sich durch die Kokillenabmessungen ergebende Brammenbreite beim Austritt aus der Kokille bezeichnet.
Der Verteiler 2 weist im thermischen Gleichgewicht mit der Schmelze eine Wärmeabstrahlung, hier gekennzeichnet durch 11, auf, die mit einer Hauttemperatur von beispielsweise 100°C angegeben werden kann und die somit zu einem Wärmeverlust des Stahls während seiner Verweilzeit im Verteiler führt. Der Verteiler 2 ist weiterhin gekennzeichnet durch ein maximales Gewicht der Schmelze mit einer maximalen Füllhöhe (hmax) im Verhältnis zu der jeweiligen Ist-Füllhöhe hist.
Verfahrensgemäß werden neben der Messung der Schmelzetemperatur (TVerteiler) im Verteiler, hier gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung 12, bei der es sich um eine diskontinuierlich oder kontinuierliche Messung handeln kann, die Wärmeverluste der Schmelze im Tauchrohr (SEN) 3, hier durch 13 gekennzeichnet, sowie ggf. die Ist-Füllhöhe hist des Verteilers erfaßt, die unmittelbar auf den Wärmeverlust des Stahles im Verteiler Einfluß hat.
In den weiteren Fig. 1a und 1b wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren bzw. System nicht auf ein Stranggießen mit einer oszillierenden Kokille beschränkt ist, es sind ebenfalls Gießprozesse nach dem Bandgießverfahren (Fig. 1a), bei dem die Schmelze aus einem Verteiler 102 auf ein gekühltes Endlosband 104, welches um zwei Rollen 114, 115 läuft, gegossen und abgezogen wird, oder beispielsweise das 2-Rollen-Gießen (Fig. 1 b), bei der die Schmelze aus einem Verteiler 202 zwischen zwei gegenläufig rotierende Rollen 214, 215 gegossen wird und anschließend abgezogen wird, denkbar.
Ausgehend von dem mittels Fig. 1 dargestellten Stofffluß stellen die Fig. 2 und 2a die Zusammenhänge zwischen der Schmelzentemperatur im Verteiler bzw. der Überhitzung der Schmelze im Verteiler (oder des Wärmeverlustes der Schmelze im Verteiler und zwischen Verteiler und Badspiegel der Kokille) und der Gießgeschwindigkeit dar sowie die Nutzbarmachung dieser Zusammenhänge für die rechnerische Vorhersage der Temperatur der Schmelze im Badspiegel in der Kokille. Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 2 im Gießgeschwindigkeitsbereich von 3,5 bis 6,0 m/min. Unter Verteilertemperatur ist jeweils die Temperatur der Schmelze im Verteiler zu verstehen.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß beispielsweise bei konstantem Gießformat, bei konstanter Verteilerhauttemperatur und bei konstantem Verteilervolumen der Verlust der Wärme einer Schmelze einer besteimmten Legierung zwischen Verteiler und Kokille bei einer Gießgeschwindigkeit von 4 m/min mit 30 °C und bei einer Gießgeschwindigkeit von 6 m/min mit 20°C ermittelt wurde. Die weiteren Abhängigkeiten sind mit 14 bezeichnet. Hieraus wird das Verhältnis sichtbar, daß bei niedriger Gießgeschwindigkeit der Schmelze im Verteiler bzw. zwischen Verteiler und Kokille mehr Wärme entzogen wird und deshalb die Überhitzung der Schmelze im Verteiler konsequenterweise höher sein muß, um eine zu frühe Erstarrung in der Kokille und somit Brückenbildung zu vermeiden. Faßt man zusammen, so kann quantitativ gesagt werden, daß sich mit halber Verweilzeit der Stahlschmelze oder bei Verdoppelung der Gießgeschwindigkeit bzw. der Strangbreite bei konstanter Erstarrungsdicke und bei konstanter Stahlmenge im Verteiler der Wärmeverlust halbiert und mit kleinerem Verteilervolumen sich der Wärmeverlust entsprechend dem Oberflächen/Volumen-Verhältnis und der Verweilzeit in der Summe verringert.
Die in das Diagramm eingezeichnete äquivalente T*liq-Temperatur der Schmelze im Verteiler (15) bzw. der äquivalente T*liq-Temperatur-Verlauf (T*liq +0°C) zeigen auf, bei welcher Temperatur im Verteiler die Stahltemperatur in der Kokille die Liquidus-Temperatur erreichen wird. Wird die Liquidus-Temperatur (hier etwa 1500°C) in der Kokille zu früh erreicht, so findet die Erstarrung bereits im Gießspiegel und nicht erst bei Kontakt mit den Kokillenwänden zur Ausbildung der erwünschten Strangschale statt, womit eine Brückenbildung und damit ein Durchbruch durch fehlende Schlackenschmierung oder schadhafte Strangoberflächen verbunden sind. Ein sicheres Gießen ist nur gegeben, wenn die Gießgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß die Temperatur der Schmelze oberhalb der Isotherme T*liq +0°C, insbesondere oberhalb der Isothermen T*liq +5°C, verläuft. Verfahrensgemäß wird vorgeschlagen, auf Grundlage dieses äquivalenten Temperaturverlaufs deren Isothermen schrittweise für 5°C in dieses Diagramm einzutragen, so daß sich das in Fig. 2a dargestellte Isothermenfenster mit T*liq + x°C für x=+5, +10, +15 und +20°C ergibt (16). Vorteilhafterweise ergibt sich dann das Gießfenster mit einer Verteilertemperatur zwischen T*liq +5°C und T*liq +15°C bzw. den entsprechenden Temperaturverläufen. Das bevorzugte Gießfenster 17 ist schraffiert dargestellt.
Das in Fig. 2 bzw. 2a dargestellte Verhältnis der Temperatur der Schmelze zur Gießgeschwindigkeit ist von verschiedenen Faktoren beeinflußbar, die das T/vc-Raster zu höheren oder niedrigeren Temperaturen verschieben und somit eine Dynamik einbringen. Der Einfluß verschiedener Faktoren ist in Figur 3 dargestellt. So wächst der Wärmeverlust mit dem Absinken des Verteilergewichtes in Funktion zum Obernächen/Volumen-Verhältnis des Verteilers und zur Verweilzeit (Einfluß B), wie schematisch in Fig. 3b dargestellt. Ebenfalls erhöht sich der Wärmeverlust und damit die notwendige Überhitzung durch die sogenannte "Liquid Core Reduction", wobei der Strang mit noch flüssigem Sumpf von einer Kokillenaustrittsdicke x auf eine kleinere Erstarrungsdicke y reduziert wird (Einfluß C).
Dagegen verringert sich der Wärmeverlust mit größerer Gießleistung durch einen anfänglich zunehmenden Aufheizvorgang des Verteilers 2 beim Gießen der ersten Schmelze, wobei die Temperatur sich nach einer bestimmten Zeit auf eine Gleichgewichtstemperatur einstellt (vgl. Fig. 2b). Beispielsweise beträgt die Zeit tGG ca. 20 - 30 min, bis ein Temperatur-Gleichgewicht zwischen Verteiler und Schmelze eingestellt ist (Einfluß A). Zudem verringert sich der Wärmeverlust mit zunehmender Gießbreite, in Fig. 3a mit dem Verhältnis D zu D1 dargestellt) sowie mit zunehmender Erstarrungsdicke (D2) und mit verbesserter Isolation des Verteilers der Verteilerausmauerung (Einfluß E, Fig. 3a) oder sinkende äußere Verteilerhauttemperatur und des Tauchausgusses.
Mit diesen Einflüssen A bis E wird das T/vc-Raster dynamisch und kann während des Gießens mit Hilfe von 'online'-aufgenommenen Prozeßdaten ständig aktualisiert werden.
Nach Fig. 4 ist in einem solchen dynamischen Temperatur-Gießgeschwindigkeitssystem das Gießeigenschaftsverhalten einer Schmelze mit bestimmter Zusammensetzung wiedergegeben, wobei die jeweilige Gießgeschwindigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren optimal angepaßt wird, hier dargestellt durch 18. Des weiteren ist in Fig. 4 die Häufigkeitsverteilung (19) der Temperaturen der Schmelze im Verteiler im gegebenen Diagramm einer hier - Monatsproduktion - von guten und damit unauffälligen Schmelzen eingetragen, um eine Optimierung der Schmelzenführung statistisch ermitteln zu können.
Es ist zudem ein weiterer Schmelzenverlauf dargestellt (20), bei dem der Strang zu langsam gegossen oder eine zu geringe Überhitzung aufwies, und die Temperatur der Schmelze bereits im Gießspiegel der Kokille Tliq erreicht wurde. Die Temperatur der Schmelze im Verteiler entspricht der äquivalenten Temperatur T*liq oder ist kleiner als T*liq, (21); es kommt zum Durchbruch des Strangs durch eine Vorerstarrung im Gießspiegel und damit zu einer Störung der Schlackenschmierung zwischen Strangschale und Kokillenwand und somit zum Ausschuß.
Fig. 5 zeigt eine Übersicht einer Stranggießmaschine mit einer Pfanne 300 sowie einer die Pfanne 300 aufnehmenden Haltevorrichtung 301 und einem Verteiler 302 mit entsprechender Haltevorrichtung 303. Der Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler wird mittels geeigneter Meßeinrichtungen 304 ermittelt und die Daten über entsprechende Leitungen 305, 306 in einen Computer 307 eingespeist. Ebenfalls ist es denkbar, bereits den Wärmeverlust der Schmelze in der Pfanne mittels Meßeinrichtungen 308 zu messen und über die Leitung 309 in den Computer einzuspeisen. Es ist auch denkbar, in einer ersten Näherung von einer konstanten Stahltemperatur in der Pfanne mit einem Temperaturabfall von beispielsweise 0,1°C/min auszugehen. Verfahrensgemäß wird bei Kenntnis der aktuellen Überhitzung in der Schmelze, die um so sicherer ermittelbar ist, je mehr Faktoren erfaßt werden, und der Liquidus-Temperatur der Legierung die äquivalente Uquidus-Temperatur berechnet und im Temperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm mittels eines Monitors 310 dargestellt. Es wird nun automatisch oder halbautomatisch oder auch durch Bedienpersonal manuell durch Eingabemittel 311 eine Soll-Gießgeschwindigkeit, die im dargestellten Isothermenfenster liegt, eingestellt, und über eine Leitung 312 der Schieber oder Stopfen des Verteilers als Einstellmittel (315) für die Gießgeschwindigkeit gesteuert. Nach Erstarren der Strangschale wird der Strang 314 kontinuierlich über Rolleneinheiten 313 (Biege- und Richteinheiten) abgezogen.
Vorzugsweise sind das erfindungsgemäße Verfahren und das System eingesetzt für das Dünnbrammengießen. Eine Dünnbramme von beispielsweise 50 mm Erstarrungsdicke benötigt eine Erstarrungszeit von etwa 1 min. Die Vorgänge in der Kokille bei Gießgeschwindigkeiten von bisher maximal 8 m/min und in naher Zukunft 10 m/min machen für ein betriebssicheres Gießen eine genaue Temperaturund Geschwindigkeitsführung notwendig, welche erfindungsgemäß bereitgestellt wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Schmelzenführung in einer Stranggießmaschine, wobei die Schmelze einer bestimmten Legierung mit einer Liquidus-Temperatur Tliq über einen Verteiler (2, 102, 202, 302) in eine Gießform (4, 104, 214, 215) gegossen wird und der innerhalb der Gießform erstarrte Strang (314) abgezogen wird,
    gekennzeichnet durch
    Erfassen der Ist-Temperatur der Schmelze im Verteiler bei einer Ist-Gießgeschwindigkeit,
    Ermittlung des Ist-Wärmeverlustes der Schmelze im Verteiler und während ihrer Verweilzeit zwischen Verteiler und Gießspiegel (9) in der Gießform,
    Ermitteln einer äquivalenten Liquidus-Temperatur T*liq +0 (15) als Grenztemperatur für die Temperatur der Schmelze im Verteiler, bei der bereits im Gießspiegelbereich der Gießform die Liquidus-Temperatur Tliq bei einer gegebenen Gießgeschwindigkeit erreicht wird, sowie
    der Isothermen der äquivalenten Liquidus-Temperatur T*liq +x in Abhängigkeit von Überhitzungstemperaturen x mit x>0, die Isothermen jeweils im Verhältnis zu den Schmelzetemperaturen im Verteiler und Gießgeschwindigkeiten,
    Anpassen der Ist-Stranggießgeschwindigkeit an eine Soll-Stranggießgeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Isothermenfensters, dessen unterste Grenze oberhalb des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq +0 liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Isothermen der äquivalenten Liquidus-Temperatur T*liq + x schrittweise in Intervallen von 5°C ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit so gewählt wird, daß die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder oberhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 5°C verläuft.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit so gewählt wird,
    daß die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder oberhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 5°C verläuft und
    daß die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder unterhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 20°C, vorzugsweise + 15°C, verläuft.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler eingehen: Verweilzeit der Schmelze im Verteiler und/oder
    Absinken des Schmelzegewichts im Verteiler in Abhängigkeit zu dessen Oberflächen/Volumen-Verhältnis und/oder
    anfängliche Aufheizungszeit des Verteilers zur Einstellung der der Schmelzetemperatur entsprechenden Temperatur und/oder
    Isolation bzw. der Isolationszustand des Verteilers.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß in die Ermittlung des Wärmeverlustes der Schmelze während ihrer Verweilzeit zwischen Verteiler und Gießspiegel in der Gießform die Wärmeabstrahlung eines Tauchausgusses des Verteilers, der in die Kokille als Gießform eintaucht, eingeht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die äquivalenten Liquidus-Temperaturverläufe T*liq +0 sowie + T*liq +x einer Schmelze mit vorgegebenen Isothermenfenster in einem Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm über die Gießzeit einer Schmelze dargestellt werden und optisch sichtbar gemacht werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm Faktoren, die den Wärmeverlust beeinflussen, eingehen und optisch dargestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Stranggießgeschwindigkeit innerhalb des vorgegebenen Isothermenfensters, dessen unterste Grenze oberhalb des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 0 verläuft, automatisch eingestellt wird.
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