EP1103322B1 - Verfahren zum Stranggiessen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Verfahren zum Stranggiessen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung Download PDF

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EP1103322B1 EP00123615A EP00123615A EP1103322B1 EP 1103322 B1 EP1103322 B1 EP 1103322B1 EP 00123615 A EP00123615 A EP 00123615A EP 00123615 A EP00123615 A EP 00123615A EP 1103322 B1 EP1103322 B1 EP 1103322B1
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casting
casting mould
temperature
heat flux
slabs
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    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • B22D2/006—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the temperature of the molten metal

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous casting of blocks, billets, Slabs, in particular of thin slabs, in the size range of approximately 20 up to 150 mm thick and approximately 600 to 3500 mm wide, by means of an oscillatable water-cooled mold used in conjunction with a diving spout of casting powder for the formation of foundry slag, the local working temperatures and heat flux densities in the surface quality of a slab detected critical meniscus area and the measurement signals forwarded to a computer become.
  • the invention also relates to a device for implementation of the procedure.
  • the cooling water temperature of a mold wall becomes at least two Make in the region of the drain holes of a copper plate and the associated Water box is measured and measured from across the width of the copper plate Values a temperature profile is created and obtained in time intervals Temperature profiles are compared.
  • the inlet temperature measured the cooling water, the difference between inlet and outlet temperature determined and from the cooling water quantity per unit time the partial integral Heat removal from a mold wall or from a Kokillenband Scheme determined and partial inequalities due to partial quantity corrections of the cooling water compensated.
  • the liquid-cooled mold for carrying out the method is designed so that in the water drainage area between a copper plate and the Cooling water drain opening of the water tank, in particular per broadside plate Temperature sensors are arranged at least at two points and their signal lines connected to a computer, preferably with an online screen are.
  • the present invention seeks to provide a method and apparatus for continuously casting blocks, billets, slabs, especially of thin slabs, which are suitable, local temperatures and / or heat flux along the height of mold walls and at to calculate several points of its broadside extent at respectively different depths (X 1 , X 2 ) of the mold wall in the meniscus area.
  • operating parameters such as the amount of cooling water, casting speed and casting powder are to be controlled in such a way that, given a preferred working temperature of the mold walls in the meniscus region, optimal surface formation of the slabs is possible with the mold being available as long as possible.
  • a method according to the characterizing part of claim 1 is proposed in a method referred to in the preamble of claim 1 with the working temperatures along the height of the mold walls at several points of their Breitumbleerstreckung in each case different depths (X 1 , X 2 ), in the meniscus area by adjusting the relevant operating parameters such as the amount of cooling water or flow rate of the cooling water through the mold, casting speed and casting powder to be used in a predetermined temperature range (.DELTA.T) are maintained.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the associated local heat flow density is calculated from the temperature difference of at least two thermoelements located in approximately the same height range (Yi, eg y 1 , y 2 ).
  • an embodiment of the method according to the invention provides that by determining the temperature or heat flow over the height of a Kokillenwand by means of approximation functions of the maximum temperature profile the wall surface in contact with the melt is calculated.
  • there provides a further embodiment of the method, that upon detection of a Heat flux density change in mold height (y) due to two-dimensional Heat propagation in the bath level range (M) by assuming a heat flow density curve on a mold surface and with knowledge of the heat flux density in the depth (x) of a mold wall the position of the bath mirror (M) is determined online.
  • Another embodiment of the method according to the invention provides that knowing the optimum heat flux density or the maximum Surface temperature of the mold for optimal slab surface formation most suitable mold heat load by adjusting the amount of cooling water and / or driven by casting speed and / or the casting powder becomes.
  • thermocouples are arranged in the mold walls in the bathroom mirror area and below, the signal lines switched to a computer are according to the invention is that the thermocouples y m , y n in the broad side walls of the mold in an area above and below the bath level (M) and at different depths (X 1 , X 2 ) of the mold wall are arranged, and that the thermocouples y m , y n along the height of the mold walls at several points of their Breit conveyorerstreckung at equal distances from the contact surface with the molten metal in paired arrangement are embedded, wherein the arithmetic unit, which in accordance with the determined temperature or heat flux density, theeckntempe Calculating the temperature of the mold in the meniscus region (M), with actuator for the operating parametersdewassenge, casting speed and casting powder
  • FIG. 1 shows a temperature profile or a heat flow profile over the height (y) of a mold wall and in at least two spacing regions (x 1 , x 2 ) of the mold wall from the molten bath (M).
  • the curve of the strongly drawn curve (y 1 , y 3 , y 5 , y 7 , y 9 , y 11 ) shows a pronounced ternary maximum (T max ) in the range of a predetermined temperature range ( ⁇ T).
  • the located further inside of the mold wall measuring points (y 2, y 4, y 6, y 8, y 10, y 12) show a similar curve with maximum temperature (T max) in the meniscus area (M).
  • the temperature profile of the mold surface is calculated from the measured temperature profiles.
  • the temperature curves can via an electronic measuring device in a Display be recorded online and made visible. You can use this , the temperature in the specified temperature window ( ⁇ T) to keep the automatic control of the relevant operating parameters constant, in order to achieve an optimal surface formation, for example, in a thin slab.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Blöcken, Knüppeln, Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, im Abmessungsbereich von etwa 20 bis 150 mm Dicke und etwa 600 bis 3500 mm Breite, mittels einer oszillierbaren, wasserkühlbaren Kokille im Zusammenwirken mit einem Tauchausguss unter Einsatz von Gießpulver zur Bildung von Gießschlacke, wobei die lokalen Arbeitstemperaturen und Wärmestromdichten im für die Oberflächenqualität einer Bramme kritischen Meniskusbereich erfasst und die Messsignale an einem Rechner weitergeleitet werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtungen zum Stranggießen, insbesondere von Dünnbrammen, sind bekannt und wurden im Laufe der zurückliegenden Entwicklungsperioden stetig verbessert.
Es ist bspw. bekannt, dass infolge sehr unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten der am Stranggießen beteiligten unterschiedlichen Medien und der daraus resultierenden Widerstände gegen Wärmeleitung und Wärmeübergänge die Bildung einer im Entstehen begriffenen Strangschale eines Gussstranges und speziell deren Oberflächenbeschaffenheit in relativ weiten Grenzen veränderlich ist. Insbesondere spielt beim Wärmekontakt zwischen Schmelzbad und Kokillenwand die Dicke der flüssigen Schlacke aus geschmolzenem Gießpulver wegen deren spezifisch extrem geringen Leitfähigkeit mit ca. 1 W/K x m eine wesentliche Rolle, weil sie dem Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenplatten einen erheblichen Widerstand entgegensetzt. Im Gegensatz zur flüssigen Schlacke besitzt Kupfer eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit mit ca. 360 W/K x m.
Durch die unterschiedlichen Einzelwiderstände der Wärmeleitfähigkeit zwischen Kupfer, Schlacke und Stahl ergeben sich innerhalb der Kokillenplatten unterschiedliche Wärmestromdichten, die einen erheblichen Einfluss auf das Erstarrungsverhalten eines zu gießenden Stranges ausüben.
Der in diesem Zusammenhang veröffentlichte Stand der Technik ist bspw. in den Dokumenten DE 41 17 073 C2, DE 195 29 931 A1 sowie DE 198 10 672 A1 beschrieben.
In DE 41 17 073 C2 werden die Temperaturaufnahmen von vier wassergekühlten Kokillenplatten als integrale Werte jeder einzelnen Platte gemessen und ausgewertet. Es werden keine partiellen Meßwerte über die Kokillenbreite erfasst und prinzipiell auch keine Wassermenge zur Kühlung verändert.
In DE 195 29 931 A1 wird eine Brammenkokille beschrieben, die aus mindestens drei voneinander unabhängigen Kühlkammersegmenten besteht, die im Bereich des Kokillenausgangs gesonderte Anschlüsse zur unabhängigen Zufuhr von Kokillenkühlwasser aufweisen. Mit dieser Anordnung sollen Unsymmetrien der spezifischen Wärmeströme zwischen dem Bereich Tauchausguss und den restlichen Kokillenbereichen erkannt werden und durch Konizitätsverstellung der Schmalseiten der Kokille und Kühlwasserregelung ausgeglichen werden.
Die DE 198 10 672 A1 beschreibt ein Verfahren zum Messen und Regeln von Temperatur und Menge des pro Zeiteinheit wasserkühlbare, insbesondere voneinander unabhängige Kokillenwände aus Kupferplatten durchströmenden Kühlwassers einer Stranggießkokille.
Dabei wird die Kühlwassertemperatur einer Kokillenwand an wenigstens zwei Stellen im Bereich der Ablauföffnungen einer Kupferplatte und dem zugeordneten Wasserkasten gemessen wird und aus den über die Breite der Kupferplatte gemessenen Werten ein Temperaturprofil erstellt wird und in Zeitintervallen gewonnene Temperaturprofile miteinander verglichen werden. Dabei wird die Zulauftemperatur des Kühlwassers gemessen, die Differenz aus Zulauf- und Ablauftemperatur ermittelt und aus der Kühlwassermenge pro Zeiteinheit die partielle integrale Wärmeabfuhr aus einer Kokillenwand bzw. aus einem Kokillenbandbereich ermittelt und partielle Ungleichheiten durch partielle Mengenkorrekturen des Kühlwassers ausglichen. Die flüssigkeitsgekühlte Kokille zur Durchführung des Verfahrens ist so gestaltet, dass im Wasserablaufbereich zwischen einer Kupferplatte und der Kühlwasserablauföffnung des Wasserkastens insbesondere pro Breitseitenplatte mindestens an zwei Stellen Temperaturfühler angeordnet sind und deren Signalleitungen an einen Rechner, bevorzugt mit einem Online-Bildschirm angeschlossen sind.
Der dem Anmeldungsgegenstand am nächsten kommende Stand der Technik dürfte in der Zusammenfassung der Dokumente JP-63 104 745 (D1) bzw. in DE-A-34 23 475 (2) beschrieben sein.
Diese Dokumente betreffen Verfahren zum Stranggießen mit einer Erfassung und Regelung der Temperatur der Kokillenwände. Als Regelungsgröße wird die Kühlintensität bzw. Menge des Kühlmittels vorgeschlagen. In beiden Dokumenten werden Thermoelemente im Badspiegelbereich und darunter angeordnet und die Messsignale werden an einen Rechner weitergeleitet.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen von Blöcken, Knüppeln, Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, anzugeben, welche geeignet sind, lokale Temperaturen und/oder Wärmestromdichten entlang der Höhe von Kokillenwänden und an mehreren Stellen ihrer Breitseitenerstreckung in jeweils unterschiedlichen Tiefen (X1, X2) der Kokillenwand im Meniskusbereich zu berechnen. Mittels der Messwerte sollen Betriebsparameter wie Kühlwassermenge, Gießgeschwindigkeit und Gießpulver so gesteuert werden, dass bei einer bevorzugten Arbeitstemperatur der Kokillenwände im Meniskusbereich eine optimale Oberflächen-Ausbildung der Brammen bei möglichst langer Verfügbarkeit der Kokille ermöglicht wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 bezeichneten Art mit der Erfindung eine Vorgehensweise entsprechend dem Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 vorgeschlagen, wobei die Arbeitstemperaturen entlang der Höhe der Kokillenwände an mehreren Stellen ihrer Breitseitenerstreckung in jeweils unterschiedlichen Tiefen (X1, X2), im Meniskusbereich durch Anpassung der hierfür maßgebenden Betriebsparameter wie Kühlwassermenge bzw. Durchlaufgeschwindigkeit des Kühlwassers durch die Kokille, Gießgeschwindigkeit und zu verwendendes Gießpulver, in einem vorgegebenen Temperaturbereich (Δ T) gehalten werden.
Dadurch werden Temperaturverläufe über die Höhe der Kokillenplatten erfasst und durch deren Verlauf werden die Maximaltemperaturen und damit die Lage des Meniskusbereiches der Schmelze in der Kokille erfasst. Mit Kenntnis der optimalen Wärmestromdichte ist es möglich, die Oberflächenqualität von im Strangguss erzeugten Produkten, insbesondere von Dünnbrammen zu verbessern. Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass Arbeitstemperaturen der Kokillenplatten durch in jeweils einem Höhenbereich (Yi, i = 1 bis n) über- und unter dem Badspiegel (M) in definierten Abständen angeordnete Thermoelemente fasst werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass aus der Temperaturdifferenz wenigstens zweier in annähemd gleichem Höhenbereich (Yi, bspw. y1, y2) gelegener Thermoelemente die zugehörige lokale Wärmestromdichte errechnet wird.
Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse über den Verlauf der Wärmestromdichte machen es möglich, Abweichungen von einem vorgegebenen Verlauf mit den hierfür vorgesehenen Betriebsparametern online zu korrigieren.
Weiterhin sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass durch Ermittlung des Temperatur- bzw. Wärmestromverlaufs über die Höhe einer Kokillenwand mittels Näherungsfunktionen der maximale Temperaturverlauf an der im Kontakt mit der Schmelze befindlichen Wandfläche berechnet wird. Dabei sieht eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass bei Erfassung einer Wärmestromdichte-Änderung in der Kokillenhöhe (y) infolge zweidimensionaler Wärmeausbreitung im Badspiegelbereich (M) durch Annahme eines Wärmestromdichteverlaufs an einer Kokillenoberfläche und mit Kenntnis der Wärmestromdichte in der Tiefe (x) einer Kokillenwand die Lage des Badspiegels (M) online ermittelt wird.
Und schließlich sieht eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vor, dass bei Kenntnis der optimalen Wärmestromdichte oder der maximalen Oberflächentemperatur der Kokille die für eine optimale Brammenoberflächenausbildung bestgeeignete Kokillen-Wärmebelastung durch Einstellen von Kühlwassermenge und/oder von Gießgeschwindigkeit und/oder des Gießpulvers angesteuert wird.
Eine zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung zur Erfassung von lokalen Temperaturen und/oder Wärmestromdichten an einer wassergekühlten Kokille beim Stranggießen von Blöcken, Knüppeln, Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, wobei Thermoelemente in den Kokillenwänden im Badspiegelbereich und darunter angeordnet sind, deren Signalleitungen einem Rechner aufgeschaltet sind, besteht erfindungsgemäß darin, dass die Thermoelemente ym, yn in den Breitseitenwänden der Kokille in einem Bereich über und unter dem Badspiegel (M) sowie in unterschiedlichen Tiefen (X1, X2) der Kokillenwand angeordnet sind, und dass die Thermoelemente ym, yn entlang der Höhe der Kokillenwände an mehreren Stellen ihrer Breitseitenerstreckung in gleichen Abständen von deren Kontaktfläche mit dem schmelzflüssigen Metall in paarweiser Anordnung eingelassen sind, wobei die Recheneinheit, welche nach Maßgabe der ermittelten Temperatur bzw. Wärmestromdichte die Oberflächentemperatur der Kokille im Meniskusbereich (M) errechnet, mit Stellgliedem für die Betriebsparameter Kühlwassemnenge, Gießgeschwindigkeit sowie Gießpulver in Verbindung steht, zur Steuerung einer bevorzugten Arbeitstemperatur der Kokillenwand innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs (Δ T).
Die beigefügte Figur 1 zeigt ein Temperaturprofil bzw. einen Wärmestromverlauf über die Höhe (y) einer Kokillenwand sowie in wenigstens zwei Abstandsbereichen (x1, x2) der Kokillenwand vom Schmelzbad (M). Der Verlauf der stark ausgezogenen Kurve (y1, y3, y5, y7, y9, y11) zeigt ein ausgesprochenes Ternperatumiaximum (Tmax) im Bereich eines vorgegebenen Temperaturbereichs (Δ T). Die weiter im inneren der Kokillenwand gelegenen Messpunkte (y2, y4, y6, y8, y10, y12) zeigen einen ähnlichen Kurvenverlauf mit Temperaturmaximum (Tmax) im Meniskusbereich (M). Aus den gemessenen Temperaturprofilen wird das Temperaturprofil der Kokillenoberfläche berechnet.
Die Temperaturkurven können über eine elektronische Messeinrichtung in einem Display online aufgezeichnet und sichtbar gemacht werden. Sie können dazu verwendet werden, die Temperatur im vorgegebenen Temperaturfenster (Δ T) durch selbsttätige Regelung der maßgebenden Betriebsparameter konstant zu halten, um eine optimale Oberflächenausbildung bspw. bei einer Dünnbramme zu erzielen.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Stranggießen von Blöcken, Knüppeln, Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, im Abmessungsbereich von etwa 20 bis 150 mm Dicke und etwa 600 bis 3500 mm Breite, mittels einer oszillierbaren, wasserkühlbaren Kokille im Zusammenwirken mit einem Tauchausguss unter Einsatz von Gießpulver zur Bildung von Gießschlacke, wobei die Arbeitstemperaturen und Wärmestromdichten im für die Oberflächenqualität einer Bramme kritischen Meniskusbereich erfasst und die Messsignale an einen Rechner weitergeleitet werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Arbeitstemperaturen entlang der Höhe der Kokillenwände an mehreren Stellen ihrer Breitseitenerstreckung in jeweils unterschiedlichen Tiefen (X1, X2) im Meniskusbereich durch Anpassung der hierfür maßgebenden Betriebsparameter wie Kühlwassermenge bzw. Durchlaufgeschwindigkeit des Kühlwasser durch die Kokille, Gießgeschwindigkeit und zu verwendendes Gießpulver, in einem vorgegebenen Temperaturbereich (Δ T) gehalten werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass Arbeitstemperaturen der Kokillenplatten durch in jeweils einem Höhenbereich (Yi) (i = 1 bis n) über- und unter dem Badspiegel (M) in definierten Abständen angeordnete Thermoelemente erfasst werden.
  3. Verfahren nach dem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass aus der Temperaturdifferenz wenigstens zweier in annähernd gleichem Höhenbereich (Yi) gelegener Thermoelemente die zugehörige lokale Wärmestromdichte errechnet wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch Ermittlung des Temperatur- bzw. Wärmestromverlaufs über die Höhe einer Kokillenwand mittels Näherungsfunktionen der maximale Temperaturverlauf an der im Kontakt mit der Schmelze befindlichen Wandfläche berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung einer Wärmestromdichte-Änderung in der Kokillenhöhe (y) infolge zweidimensionaler Wärmeausbreitung im Badspiegelbereich (M) durch Annahme eines Wärmestromdichteverlaufs an einer Kokillenoberfläche und mit Kenntnis der Wärmestromdichte in der Tiefe (x) einer Kokillenwand die Lage des Badspiegels (M) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei Kenntnis der optimalen Wärmestromdichte oder der maximalen Oberflächentemperatur die für eine optimale Brammenoberflächenausbildung bestgeeignete Kokillenbelastung durch Einstellen von Kühlwassermenge und/oder von Gießgeschwindigkeit und/oder des Gießpulvers angesteuert wird.
  7. Vorrichtung zur Erfassung von lokalen Temperaturen und/oder Wärmestromdichten an einer wassergekühlten Kokille beim Stranggießen von Blökken, Knüppeln, Brammen, insbesondere von Dünnbrammen, zwecks Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei Thermoelemente in den Kokillenwänden im Badspiegelbereich und darunter angeordnet sind, deren Signalleitungen einem Rechner aufgeschaltet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente (ym, yn) in den Breitseitenwänden der Kokille in einem Bereich über und unter dem Badspiegel (M) sowie in unterschiedlichen Tiefen (X1, X2) der Kokillenwand angeordnet sind, und dass die Thermolemente (ym, yn) entlang der Höhe der Kokillenwände an mehreren Stellen Ihrer Breitseitenerstreckung in gleichen Abständen von deren Kontaktfläche mit dem schmelzflüssigen Metall in paarweiser Anordnung eingelassen sind, wobei die Recheneinheit, welche nach Maßgabe der ermittelten Temperatur bzw. Wärmestromdichte die Oberflächentemperatur der Kokille im Meniskusbereich (M) errechnet, mit Stellgliedern für die Betriebsparameter Kühlwassermenge, Gießgeschwindigkeit sowie Gießpulver in Verbindung steht, zur Steuerung einer bevorzugten Arbeitstemperatur der Kokillenwand innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs (Δ T).
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