DD293071A5

DD293071A5 - METHOD FOR CONTROLLING THE CONTINUOUS GASING OF METALS

Info

Publication number: DD293071A5
Application number: DD33911290A
Authority: DD
Inventors: Alexander N Schichkow; Stanislaw W Sorokin; Semen B Jabko; Alexander L Kuzminow; Ludwig Hering; Mario Sucker; Bertram Seher
Original assignee: Wologda Polytechnisches Institut,Su; Eisenhuettenkombinat Ost,De
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft die Metallurgie, insbesondere das Stranggieszen von Metallen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mit dem ein Stranggieszprozesz so gesteuert werden kann, dasz sich das Ende der fluessigen Phase eines Gieszstranges in einem vorgegebenen Abschnitt einer Strangfuehrung einstellt. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe durch ein Verfahren geloest, dasz zur Steuerung einer Stranggieszprozesse von Metall die Gieszparameter, wie z. B. Gieszgeschwindigkeit, Halbzeugabmessungen und Oberflaechentemperatur eines Stranges einer reglementierten Vorgabe mit anschlieszender Kontrolle unterzogen werden und unmittelbar nach der Sekundaerkuehlzone sowie unmittelbar vor der Schneidzone die Oberflaechentemperatur des Halbzeuges gemessen wird. Ausgehend von den gemessenen Oberflaechentemperaturen werden unter Beachtung der bei einem Stranggieszprozesz herrschenden Gesetzmaeszigkeiten beim Erstarrungsprozesz eines Metalls die AEnderung der Oberflaechentemperatur des Halbzeuges bestimmt. Die optimale Lage des Endes der fluessigen Phase in einem Gieszstrang wird unter Beruecksichtigung der spezifischen Anlagenparameter einer Bogenstranggieszanlage und der zu vergieszenden Stahlmarke vorher festgelegt und befindet sich zwischen den beiden Meszpunkten. Der ermittelte Wert fuer die Lage des Sumpfendes wird mit dem vorher festgelegten Wert verglichen und danach je nach Abweichung von der Sollage eine Korrektur durch AEnderung der Laenge der Kuehlzone und/oder des Kuehlwasserdurchsatzes vorgenommen.{Stranggieszprozesz; Gieszstrang; Sekundaerkuehlzone; Ende Fluessigphase; Oberflaechentemperatur; Halbzeugqualitaet}The invention relates to metallurgy, in particular the continuous casting of metals. The object of the invention is to find a method with which a continuous casting process can be controlled so that the end of the liquid phase of a casting strand is established in a predetermined section of a strand guide. According to the invention, the object is achieved by a method for controlling the casting processes of metal, the casting parameters such. B. Gieszgeschwindigkeit, semi-finished dimensions and surface temperature of a strand of a regulated specification with anschlieszender control and immediately after the secondary quench zone and immediately before the cutting zone, the surface temperature of the semifinished product is measured. Starting from the measured surface temperatures, the change in the surface temperature of the semifinished product is determined taking into account the laws prevailing in a continuous casting process during the solidification process of a metal. The optimum position of the end of the liquid phase in a Gieszstrang is previously determined taking into account the specific plant parameters of a Bogenstranggieszanlage and the vergieszenden steel brand and is located between the two Meszpunkten. The determined value for the position of the sump end is compared with the predetermined value and then, depending on the deviation from the desired position, a correction is made by changing the length of the cooling zone and / or the cooling water flow rate. Gieszstrang; Sekundaerkuehlzone; End of liquid phase; sea surface temperature; Semi-finished quality}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Metallurgie, insbesondere das Stranggießen von Metallen.The invention relates to metallurgy, in particular the continuous casting of metals.

Characteristic of the known state of the art

Zur Steuerung eines Stranggießprozesses von Metall ist gemäß japanischer Patentanmeldung 61-71161; B 22 D 11 /20 ein Verfahren bekannt, bei dem die Verringerung der Oberflächentemperatur des Halbzeugs in der Sekundärkühlzone einer Stranggießanlage ermittelt und diese mit einem berechneten optimalen Wert verglichen und danach der Wasserverbrauch in der Sekundärkühlzone entsprechend korrigiert wird. Dieses Verfahren sieht jedoch nicht die Bestimmung der Lage des Endes der flüssigen Phase im Gießstrang vor und ermöglicht demzufolge keine Kontrolle des Erstarrungsprozesses, wodurch eine Qualitätssteigerung beim Halbzeug nicht gewährleistet werden kann.For controlling a continuous casting process of metal, Japanese Patent Application 61-71161; B 22 D 11/20 discloses a method in which the reduction of the surface temperature of the semifinished product in the secondary cooling zone of a continuous casting determined and compared with a calculated optimum value and then the water consumption in the secondary cooling zone is corrected accordingly. However, this method does not provide for the determination of the position of the end of the liquid phase in the cast strand and thus allows no control of the solidification process, whereby an increase in quality of the semifinished product can not be guaranteed.

Bekannt ist weiterhin gemäß einer Veröffentlichung von Jiga Tosiharu u.a. in „Tetsu to Hagane", 1978,64, Mr. 12,203 mit dem Titel „Verbesserung der Kontrolltechnik für die Sekundärkühlung beim Stranggießen" ein Verfahren, bei dem die Oberflächentemperatur des Halbzeuges an fünf Stellen vom Bereich der Kokille bis zur Biegung des Halbzeuges gemessen, mit einer Solltemperatur verglichen und danach der Wasserverbrauch reguliert wird.Further, according to a publication by Jiga Tosiharu et al. in "Tetsu to Hagane", 1978, 64, Mr. 12,203 entitled "Improving the Control Technique for Secondary Cooling in Continuous Casting" a method in which the surface temperature of the semifinished product was measured at five points from the area of the mold to the bending of the semifinished product, compared with a setpoint temperature and then the water consumption is regulated.

Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls keine Bestimmung des Endes der flüssigen Phase in einem Gießstrang und gewährleistet folglich keine Kontrolle des Erstarrungsprozesses des Halbzeuges.This method likewise makes it impossible to determine the end of the liquid phase in a cast strand and consequently does not ensure any control of the solidification process of the semifinished product.

Gemäß der japanischen Patentanmeldung 58-35055 B 22 D 11/16 ist ein weiteres Verfahren zur Steuerung eines Stranggießprozesses bekannt geworden. Entsprechend dieser Veröffentlichung werden für eine gegebene Stahlmarke und einen willkürlich festgelegten Wasserverbrauch der Abschnitt für das Ende der flüssigen Phase in der Sekundärkühlzone einer Stranggießanlage sowie die Zeit berechnet, die für das Erreichen der vollständigen Erstarrung des Halbzeuges notwendig ist. Dabei werden Wärmeinhalt und Dicke des Halbzeuges in jedem Punkt des Stranges bestimmt und die optimale Variante für jeden Sektor berechnet, damit der Wärmeinhalt des Halbzeuges in jedem Punkt des Stranges maximal ist. Es wird der Unterschied zwischen der tatsächlich gemesse. ien Oberflächentemperatur des Halbzeuges und der vorher berechneten, dem willkürlich festgelegten Wasserverbrauch entsprochenden Tt.nperatur ermittelt. Auf der Grundlage der gefundenen Temperaturdifferenz wird der Wasserverbrauch für jeden Abschnitt der Sekundärkühlzone korrigiert. Die Berechnung des Abschnittes für das Ende der flüssigen Phase ist für eine beliebige Stahlmarke mit unterschiedlichen Kühlregimen jedoch mit großen Fehlern bei der Bestimmung Her thermophysikalischen Eigenschaften des Metalls verbunden. Aus diesem Grunde kann dieses Verfahren die Einhaltung dei vorgegebenen Lage des Endes der flüssigen Phase nicht mit der erforderlichen Genauigkeit si. lern und folglich keine Qualitätserhöhung des Halbzeuges gewährleisten.According to Japanese Patent Application 58-35055 B 22 D 11/16, another method for controlling a continuous casting process has become known. According to this publication, for a given brand of steel and arbitrary water consumption, the liquid phase end portion in the secondary cooling zone of a continuous casting plant and the time necessary to achieve complete solidification of the semi-finished product are calculated. The heat content and thickness of the semi-finished product are determined at each point of the strand and the optimum variant for each sector is calculated, so that the heat content of the semi-finished product in each point of the strand is maximum. It is the difference between the actual measured. The surface temperature of the semifinished product and the previously calculated, corresponding to the arbitrarily determined water consumption corresponding tt.nperatur determined. Based on the found temperature difference, the water consumption for each section of the secondary cooling zone is corrected. The calculation of the liquid phase end portion for any steel brand is associated with different cooling regimes but with large errors in determining the thermophysical properties of the metal. For this reason, this method, the compliance dei the predetermined position of the end of the liquid phase si not with the required accuracy. learning and thus ensure no increase in quality of the semi-finished product.

Object of the invention The aim of the invention is to eliminate the Ming ji of the prior art and to improve the quality of the semifinished product. Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mit dem ein Stranggießprozeß so gesteuert werden kann, daß sich das Ende der flüssigen Phase eines Gießstranges in einem vorgegebenen Abschnitt einer Strangführung einer Bogenstranggießanlage einstelltThe object of the invention is to find a method by which a continuous casting process can be controlled so that adjusts the end of the liquid phase of a cast strand in a predetermined section of a strand guide a Bogenstranggießanlage

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gele st, das zur Steuerung eines Stranggießprozesses von Metall dieGießparameter wie z. B. Gießgeschwindigkeit, Halbzeugabmessungen und Oberflächentemperatur eines Stranges einer reglementierten Vorgabe mit anschließender Kontroll? unterzogen werden und unmittelbar nach der Sekundärkühlzone sowie unmittelbar vor der Schneidzone die Oberflächentemperatur des Halbzeugs gemessen wird. Ausgehend von den gemessenen Oberflächentemperaturen unter Beachtung der bei einem Stranggießprozeß herrschenden Gesetzmäßigkeiten werden hinsichtlich der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeit des Stranges in den verschiedenen Kühlzonen die Änderungen der Oberflächentemperatur des Halbzeuges bestimmt und bezüglich dor Länge des Gießstranges extrapoliert. Die optimale Lage des Endes der flüssigen Phase in einem Gießstrang wird unter Berücksichtigung der spezifischen Anlag6nparameter einer Bogenstranggießanlage und der zu vergießenden Stahlmarke vorher festgelegt und befindet sich zwi >chen den beiden Meßpunkten. Durch Untersuchungen wurde gefunden, daß mit Ende der flüssigen Phase in einem Glasstrang die Geschwindigkeit der Temperaturverringerung der Halbzeugoberfläche stark zunimmt, von 0,02-0,04 Κ/λ auf 0,15-0,2 K/s, d. h. um mehr als das Dreifache, was damit zu erklären ist, daß nach Beendigung der Erstarrung eines Gießstranges keine Kristallisationswärme mehr erzeugt wird. Die Zeit der Verzögerung der Reaktion der Oberflächentemperatur auf den Abschluß der Kristallisation hängt von der Strangdicke und der Wärmeleitfähigkeit des Metalls ab und wird nach der FormelAccording to the invention, the object is achieved by a method which, for controlling a continuous casting process of metal, the casting parameters such. Casting speed, semifinished dimensions and surface temperature of a strand of a regulated specification with subsequent control? be subjected and measured immediately after the secondary cooling zone and immediately before the cutting zone, the surface temperature of the semifinished product. Starting from the measured surface temperatures, taking into account the laws prevailing in a continuous casting process, the changes in the surface temperature of the semifinished product are determined with respect to the different cooling rate of the strand in the different cooling zones and extrapolated with respect to the length of the cast strand. The optimum position of the end of the liquid phase in a cast strand is determined in advance taking into account the specific plant parameters of a continuous caster and the steel brand to be cast, and is located between the two measuring points. It was found by investigations that with the end of the liquid phase in a glass strand the speed of the temperature reduction of the semifinished product surface strongly increases, from 0,02-0,04 Κ / λ to 0,15-0,2 K / s, ie by more than threefold, which can be explained by the fact that no crystallization heat is generated after the solidification of a casting strand has ended. The time of retarding the reaction of the surface temperature to the completion of the crystallization depends on the strand thickness and the thermal conductivity of the metal and is calculated according to the formula

t_v = K-D/a_M [1]t _v = KD / a _M [1]

ermittelt, wobeidetermined, where

K - proportionality factor D - Semi-finished product thickness

a_M - Wärmeleitfähigkeit des Metalls bedeuten.a _M - mean thermal conductivity of the metal.

Durch die Messung an mindestens zwei Meßstellen in den Bereichen unmittelbar nach Ende der Sekundärkühlzone bzw. unmittelbar vor der Schneidzone und erfolgter Extrapolation des Temperaturverlaufes ergibt sich über die Stranglänge auf Grund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei der Temperaturverringerung in diesen Strangabschnitten ein Schnittpunkt, in dem die Werte der Oberflächentemperatur des Stranges übereinstimmen unrl dessen Koordinate den Beginn der Änderung der Abkühlgeschwindigkeit anzeigt. Ausgehend von der Koordinate des Punktes und unter Berücksichtigung der zeit'ich verzögert auftretenden Reaktion der Oberflächentemperatur auf das Ende der Kristallisation erfolgt die Ermittlung des Endes der flüssigen Phase in einem Gießstrang nach der BeziehungBy measuring at least two measuring points in the areas immediately after the end of the secondary cooling zone or immediately before the cutting zone and completed extrapolation of the temperature profile results over the strand length due to the different speeds in the temperature reduction in these strand sections an intersection in which the values The surface temperature of the strand is the same as the coordinate of which indicates the beginning of the change in the cooling rate. Starting from the coordinate of the point and taking into account the temporally delayed reaction of the surface temperature to the end of the crystallization, the determination of the end of the liquid phase in a cast strand is carried out according to the relationship

L₁ = L₀ - t_v · V (2L ₁ = L ₀ - t _v · V (2

wobei L₀ - Absiand vom Metallbadspiegel des Metalles in der Kokille bis zu dem Beginn des starkenwhere L ₀ - Absiand from the metal bath level of the metal in the mold to the beginning of the strong

Temperaturabfalles der Oberfläche des Stranges in der Sekundärkühlzone V — StrangabzugsgeschwindigkeitTemperature drop of the surface of the strand in the secondary cooling zone V - strand withdrawal speed

bedeuten. Der so ermittelte Wert für die Lage des Endes der flüssigen Phase im Gießstrang wird mit der vorher festgelegten Lage des Sumpfendes verglichen und danach in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung die Länge der Kühlzone und/oder der Kühlwasserdurchsatz in den einzelnen Zonen der Sekundärkühlung korrigiert. Die Abweichung vom Sollwert kann dabei als positiver als auch negativer Wert vorliegen, je nachdem ob das Sumpfende sich vor oder nach dem vorher festgelegten Punkt für die Durcherstarrung befindet. Nach einer Korrektur des Kühlwasserdurchsatzes und/oder der Länge der Sekundärkühlzone wird die Abweichung der Lage des Sumpfendes vom Sollwert gleich Null. Mit der Angleichung der Durcherstarrung an die optimale Lage des Endes der flüssigen Phase wird eine Erhöhung der Qualität des strangvergossenen Halbzeuges erzielt und das Ausbringen an einer Bogenstranggießanlage gesteigert.mean. The thus determined value for the position of the end of the liquid phase in the casting strand is compared with the predetermined position of the sump end and then corrected depending on the size of the deviation, the length of the cooling zone and / or the cooling water flow rate in the individual zones of the secondary cooling. The deviation from the desired value can be present as a positive or negative value, depending on whether the sump end is before or after the predetermined point for the solidification. After a correction of the cooling water flow rate and / or the length of the secondary cooling zone, the deviation of the position of the sump end from the nominal value becomes zero. With the approximation of solidification to the optimum position of the end of the liquid phase, an increase in the quality of the extruded semifinished product is achieved and increased the yielding at a Bogenstranggießanlage.

Zur Sicherung einer objektiven Messung der Oberflächentemperaturen des Halbzeuges in den Meßpunkten ist es erforderlich, über die Strangbreite vorzugsweise mindestens zwei Meßwerte zu erfassen, um den Einfluß von Zunder auf die Meßwerterfassung zu vermindern. Von den dabei ermittelten Werten wird der maximale Wert für die weitere Meßwertverarbeitung verwendet.To ensure an objective measurement of the surface temperatures of the semifinished product in the measuring points, it is necessary to detect over the strand width preferably at least two measured values in order to reduce the influence of scale on the measured value detection. Of the values determined in this case, the maximum value is used for further measured value processing.

embodiment The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing shows Fig. 1: Temperature profile on the semifinished product over the strand length

Das Beispiel bezieht sich auf eine Kreisbogenstranggießanlage mit einem Strangquerschnitt von 1290 x 200mm, auf der ein Stahl der Marke St 38 mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1,0m/min vergossen wird. Der Durchlaufkokille mit einer Kokillenlänge von 1 m schließt sich eine Sekundärkühlzone mit einer Länge von 14m an. Im Abstand von 20m und 35m vomThe example refers to a circular arc caster with a strand cross-section of 1290 x 200 mm, on which a steel of the brand St 38 is cast at a take-off speed of 1.0 m / min. The continuous casting mold with a mold length of 1 m is followed by a secondary cooling zone with a length of 14 m. At a distance of 20m and 35m from

Metallbadspiegel sind Meßgeräte zur Erfassung der Oberflächentemperatur angeordnet. Ausgehend von der vorhandenen Anlagentechnik und unter Berücksichtigung der technologischen Parameter für die zu vergießende Stahlmarke wird die optimale Lage des Endes der flüssigen Phase bei 24m festgelegt. Bei dieser Festlegung wird von der Überlegung ausgegangen, daß die Biegung des Stranges nicht mit völlig erstarrtem Metall erfolgen darf und andererseits es gesichert sein muß, daß die flüssigePhaso nicht bis zum Schneiden gelangt. In Fig. 1 sind die charakteristischen, einer gesetzmäßigen Temperaturverteilung unterliegenden Änderungen der Temperatur eines Gießstranges von eier Kokille bis zur Schneidzone dargestellt, wobeiMetal bath mirrors are arranged measuring instruments for detecting the surface temperature. Based on the existing plant technology and taking into account the technological parameters for the steel brand to be cast, the optimum position of the end of the liquid phase is set at 24m. In this determination, it is assumed that the bending of the strand must not be done with completely solidified metal and on the other hand it must be ensured that the liquid Phaso does not reach until cutting. In Fig. 1, the characteristic, a lawful temperature distribution underlying changes in the temperature of a casting strand of eggs mold are shown to the cutting zone, wherein

Curve 1 - the change of the surface temperature Curve 2 - the change in temperature in e 'wa ¹ A of the strand thickness

Kurve 3-die Änderung der Temperatur in btrangmitte eines 200mm dicken Gießstranges bedeutenCurve 3 - mean the change in temperature in middle of a 200mm thick cast strand

Der Abschnitt ab widerspiegelt die Änderung der Oberflächentemperatur des Stranges in der Kokille, Abschnitt bc in derSekunu'ärkühlzone und Abschnitt ede die Kühlung an der Luft. Im Punkt d im Absland von 27 m vom Badspiegel steigt die Geschwindigkeit der Abnahme der Oberflächentemperatur über die Länge des Stranges von 0,01 K/s auf 0,167 K/s. Aus der Analyse der Temperaturänderung in der Mitte des Stranges (Kurve 3) ist ersichtlich, daß die Ä· erung der Geschwindigkeit im Punkt f im Abstand von 23,5 m vom Metallbadspiegel stark ansteigt. Pie durchgeführten Untersuchungen heben ergeben, daß sich in diesem Punkt das Ende der flüssigen Phase im Gießstrang befindet und damit die Kristallisation und die sie begleitende Wärmeentwicklung beendet sind. Die Zeit der Verzögerung der Reaktion der Oberflächentemperatur auf den Abschluß derKristallisation hängt von der Halbzeugdicke und der Wärmeleitfähigkeit des Metalls ab und wird gemäß Formel [1 ] berechnet. Die Temperatur der Strangoberfläche im Abstand 20m vom Badspiege! beträgt ca. 1000°C und im Abstand von 35m ca. 920°C. Ausgehend von den Messungen erhält man unter Berücksichtigung der Gesetzmäßigkeiten für die Verteilung der Oberflächentemperatur in diesen Zonen über die Stranglänge in den Abschnitten Section ab reflects the change in the surface temperature of the strand in the mold, section bc in the cooling zone and section ede the cooling in the air. At point d in the Abs 27 meters from the bath level, the rate of decrease in surface temperature over the length of the strand increases from 0.01 K / s to 0.167 K / s. From the analysis of the temperature change in the middle of the strand (curve 3), it can be seen that the rate of change of the velocity at point f increases sharply at a distance of 23.5 m from the metal bath level. Pie conducted investigations highlight that at this point the end of the liquid phase is in the cast strand and thus the crystallization and the accompanying heat development are completed. The time of retarding the reaction of the surface temperature to the completion of crystallization depends on the semifinished product thickness and the thermal conductivity of the metal and is calculated according to formula [1]. The temperature of the strand surface at a distance of 20m from the bath level! is about 1000 ° C and at a distance of 35m about 920 ° C. Based on the measurements, taking into account the laws of distribution of the surface temperature in these zones, the strand length in the sections is obtained

cd t = -0,03 IVV + 1 036 de t=-0,167L„/V+1270 , wobei -0,03;-0,167-K-Werte; 1036; 1270-Konstantecd t = -0.03 IVV + 1 036 de t = -0.167L "/ V + 1270 where -0.03; -0.167 K values; 1036; 1270 constant

bedeuten.mean.

By solving these equations one obtains the coordinates of the point with respect to the strand length, in which the after each of the Regularities calculated values of the surface temperature of the strand match. According to equations (1) and (2), the position of the portion of the end of crystallization is determined, which in this example L (=? F 2 m) The deviation of the position of the end of the liquid phase from the predetermined value is

24m-2S,2m = -1,2rn berechnet. Proportional zu dieser Abweichung wird die Intensität und/oder die Zeit der Kühlung in der24m-2s, 2m = -1.2rn calculated. Proportional to this deviation is the intensity and / or the time of cooling in the

Increased secondary cooling zone, which increases according to the water ·· "'search and / or the length of the secondary cooling zone

werden. Nach der Korrektur des Verbrauchs und/oder der Länjo -wr Sekundärkühlzone wird die berechnete Abweichung derbecome. After correcting the consumption and / or the Länjo -wr secondary cooling zone, the calculated deviation of the

Position of the end of the liquid phase from the predetermined position equal to zero. That means the steel brand to be cast Giaßbedingungen set on the continuous casting, which allow the production of semi-finished with a high quality.

Claims

1. A method for controlling the continuous casting of metals, including the regulated

Specification with subsequent control of the casting parameters, such. B. Format, strand take-off speed, cooling water flow in the individual zones, surface temperature in the zones, output of control parameters to the means for controlling the casting speed and the zone cooling, characterized in that with the aim of obtaining a certain place of the solidification and thus the improvement of Semi-finished product quality at a given productivity immediately after the secondary cooling zone and immediately before the separator of Halbzeugess the surface temperature of a cast strand is determined and determined in each section of the measurement of the laws of temperature change of the surface of a strand with respect to its length, extrapolated in terms of length of the strand and so the coordinate a point with respect to the length of the strand is determined in which the size of the surface temperature of the strand match each other and with this coordinate of the intersection of the position of Su is determined and then determine the deviation from the predetermined position and then the cooling time and / or the cooling intensity is changed in the secondary cooling zone.

2. The method according to claim 1, characterized in that at a deviation of the end of the liquid phase above zero, the time and / or the speed of cooling in the secondary cooling zone is reduced and increased below zero.

3. The method according to claim 1, characterized in that the surface temperature of the semifinished product in each section is preferably measured at least two points over the strand width and selected to determine the law for the change of the surface temperature of the semifinished product over its length the maximum value.