DE10114348A1

DE10114348A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Start von Stranggießanlagen

Info

Publication number: DE10114348A1
Application number: DE10114348A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Pleschiutschnigg; Dieter Alfermann; Tillmann Boecher; Erwin Wosch; Stephan Feldhaus; Dieter Stalleicken; Michael Vonderbank
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2001-10-11
Also published as: KR20020086901A

Abstract

Bei einem Verfahren zum automatischen Angießen von Stranggießanlagen, vorzugsweise zum Gießen von Strangdicken zwischen 10 und 150 mm und Breiten bis zum 3500 mm unter Verwendung einer Gießspiegelregelung und eines Verschlußsystems, bestehend aus einem Schiebersystem oder vorzugsweise Stopfensystem, wird dem automatischen Start die Erfassung folgender Prozeßdaten zugrunde gelegt: DOLLAR A . Stahltemperatur am Ende der Stahlbehandlung im sekundärmetallurgischen Bereich, T ·.· LF (11) DOLLAR A . Aufheizzeit des Verteilers vor dem Gießbeginn, t . T·0,5· (5.1) DOLLAR A . innere Verteilerwandtemperatur nach dem Vorheizen des Verteiler, W ·.· T (14), T ·.· T (4) DOLLAR A . Stahlgewicht im Verteiler zum Zeitpunkt des Öffnens des Verteilers für den Gießbeginn DOLLAR A . Füllzeit der Kokille, Zeit zwischen Öffnen der Kokille und Abfahren des Stranges (15) DOLLAR A . Bildung eines funktionalen Zusammenhanges beispielsweise des Produktes aus T ·.· LF (11), t ·.· T·0,5·(5.1), W ·.· T (14) DOLLAR A . Bildung der Funktion zwischen der Auffüllzeit (15) und dem Produkt aus ((11) (5.1) (14)) DOLLAR A . Festlegung der gewünschten Auffüllzeit (15) bei allen folgenden Güssen und Bestimmung des der gewünschten Auffüllzeit äquivalentn Verteilerstahlgewichtes bei sich unkontrolliert einstellender Stahltemperatur T ·.· LF (11), Verteilervoreizzeit t ·.· T (5) und Verteilertemperatur T ·.· T (4) unmittelbar vor dem Öffnen der Pfanne zum Füllen des Verteilers. DOLLAR A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen An gießen von Stranggießanlagen, vorzugsweise zum Gießen von Strangdicken zwi schen 10 und 150 mm und Breiten bis zu 3.500 mm unter Verwendung einer Gießspiegelregelung und eines Verschlußsystems, bestehend aus einem Schie bersystem oder vorzugsweise Stopfensystem. Stranggießanlagen mit oszillieren der Kokille entwickelten sich in den letzten Jahren zu Hochleistungsanlagen, die mit Gießgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min ausgelegt sind. Hier sind beson ders die Dünnbrammenanlagen mit einer Gießdicke in der Kokille von 40-150 mm und einer Breite von 800-3.500 mm zu nennen.

Diese Anlagen machen einen automatischen Start mehr und mehr notwendig, da der Strang ein reproduzierbares und minimiertes Anfahrstück, das in der Regel abgewertet wird, aufweisen muß. Außerdem, bedingt durch den direkten Verbund der Stranggießanlage mit dem Walzprozeß - hier sei die CSP-Anlage (Compact Strip Production) beispielhaft genannt - ist die Strangqualität zu maximieren und das abzuwertende Material zu minimieren, da der Prozeßverbund in einer Hitze ein "Putzen" der Brammen nicht möglich macht.

Darüber hinaus macht eine Trichterkokille (Patent DE 34 00 220) es notwendig, daß selbst das Auffüllen der Kokille vom Öffnen des Verteilers bis zur Abfahrt der Bramme aus der Kokille mit der sich anschließenden reproduzierbaren Anfahr strategie bis auf die Soll-Geschwindigkeit von z. B. 6 m/min reproduzierbar abläuft.

Beim Gießen von Dünnbrammen mit und ohne (parallele Breitseitenwände) Trichter in der Kokille sollte der Anfahrvorgang (Öffnen des Verteilers bis Abfahrt des Kokillenbodens mit dem Anfahrstrang bzw. der Bramme) zwischen 10-20 sec betragen.

Um dieses Zeitfenster, das durch metallurgische Bedingungen in der Kokille vor gegeben ist, mit einer Anfahrstrategie, die sich auf der Messung der Gießspiegel position unter Verwendung einer Gießspiegelregelung (10) während des Füllens der Kokille stützt (Fig. 1), zu treffen, ist der Wärmehaushalt des Stahles in der Pfanne (1) auf seiner Reise vom Pfannenofen (2) zum Stranggießverteiler (3) so wie im Verteiler (3) selber aus kinetischer und nicht nur aus thermodynamischer Sicht zu erfassen.

Der Wärmehaushalt im Verteiler (3) hängt im wesentlichen von der Verteilertem peratur TT und der Verweilzeit tT (5) ab. Beträgt die Vorheiztemperatur TT (4.1) z. B. 1.200°C statt 300°C (4.2), so ist die Vorerstarrung (9) an der inneren Verteiler wand (6.1), die aus Feuerfeststeinen besteht und getragen wird vom Stahlmantel (6.2), während des Angießvorganges größer. Dieser Vorerstarrungseffekt tritt ebenfalls am Stopfen (7) und Stopfensitz (8.1), der den Eintritt des Tauchausgus ses (8) bildet, auf und führt zur Störung eines gleichförmigen Stahlflusses entspre chend der Ventilkennlinie, die von der Stopfenstellung und dem Stopfensitz be stimmt wird.

Einen besseren Einblick in die Gießstörung am Stopfensitz (8.1) gibt die Fig. 2 wieder. Hier ist die Vorerstarrung (9) am Stopfensitz und am Stopfen (7) selber dargestellt. Beim Öffnen des Stopfens versperrt die Vorerstarrung (9) den gleich förmigen Stahlstrom entsprechend der Massenstrom-Kennlinie des Ventilsitzes, bestehend aus Stopfen (7) und Stopfensitz (8.1) des Tauchausgusses (8).

Außerdem macht die Fig. 2 auch deutlich, daß das Material des Tauchausgusses (8) sowie des Stopfens (7) eine höhere Wärmeleitfähigkeit von ca. 10 W/K.m als das des normalen Feuerfestmaterials (6.1) des Verteilers mit einer Leitfähigkeit von ca. 3 W/mK aufweist, wodurch sich die Vorerstarrung am Stopfensitz gegen über der im Verteiler verstärkt ausbildet.

Einen weiteren verstärkenden Einfluß auf die Vorerstarrung (9) und damit auf die Störung des Anfahrvorganges tritt mit kürzer werdender Vorheizzeit tT (5) auf, da der Temperaturgradient in der Verteilerwand zum Zeitpunkt des Angießens zwi schen hot face (6.1.2) und cold. face (6.2.1) des Stahlpanzers (6.2) mit kürzerer Vorheizzeit größer wird und umgekehrt.

Neben diesen Einflüssen auf die Vorerstarrung am Stopfen (7) und am Stopfensitz (8.1) nimmt natürlich auch die Stahltemperatur in der Pfanne, beispielsweise be stimmt durch die Abgabetemperatur, T_LF (11) des Stahles am Ende der pfannen metallurgischen Behandlung, z. B. am Pfannenofen (2), Einfluß.

Darüber hinaus ist die Verteilerform und das Verteilervolumen, also sowohl das Verhältnis der Verteileroberfläche zum Verteilervolumen als auch die Pfannen gießleistung, von Bedeutung für die Stärke der Vorerstarrung am Stopfensitz. Diese Einflußgrößen sind aber als konstante Anlagendaten anzusehen und für eine optimale Prozeßführung "online" nicht von direktem Einfluß.

Diese Störung des Gießstartes durch die unkontrollierte Vorerstarrung, die im we sentlichen von

- der Stahltemperatur bei Abgabe am Ende der pfannenmetallurgischen Be handlung,
- der Vorheizzeit des Verteilers und
- der Vorheiztemperatur des Verteilers

abhängt, führt häufig zu Störungen und damit zum Abbruch des Angießvorganges, häufig begleitet durch einen Kokillenüberlauf mit anschließendem Durchbruch der Strangschale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die unabhängig von der Stärke der Vorerstarrung eine gewünschte An gießzeit in dem Fenster von z. B. 10-20 sec unter Verwendung einer Gießspie gelregelung (10), einer Angießstrategie (10.1), der Strangantriebe (10.2) und der Stopfen- oder Schieberventilstellung (10.3) ermöglichen.

Eine unerwartete, für den Fachmann nicht selbstverständliche Lösung der Aufga be ist in den Patentansprüchen beschrieben und wird mit Hilfe der Fig. 1 bis 4 beispielhaft näher beschrieben.

Fig. 1 stellt die Einflußgrößen auf den Wärmehaushalt des Stahles beispielhaft zwischen dem Pfannenofen und dem Gießstart in einem vorbestimmten Zeitfen ster von 10-20 sec dar.

Fig. 2 gibt die Vorerstarrung beispielsweise am Stopfensitz eines Tauchausgus ses ohne (a) und mit (b) Einformen der Vorerstarrung wieder.

Fig. 3 stellt den funktionalen Zusammenhang, beispielsweise in Form eines ma thematischen Produktes, zwischen der Auffüllzeit der Kokille und verfahrenstech nischen Einflußgrößen für unterschiedliche innere Verteilerwandtemperaturen dar.

Fig. 4 stellt beispielhaft für eine geplante Auffüllzeit und für eine vorgegebene Stahltemperatur in der Pfanne und eine Verteilervorheizzeit das anzustrebende Verteilergewicht, bei dem der Stopfen zu öffnen ist, für unterschiedliche Verteiler hauttemperaturen dar.

Fig. 1 stellt die Einflußgrößen zwischen dem Pfannenofen (2) und dem Stopfen sitz (8.1) auf die Vorerstarrung und damit auf den Angießvorgang in der Strang gießkokille (13) dar.

Einen verstärkenden Einfluß auf die Vorerstarrung (9) am Stopfen (7) und Stop fensitz (8.1) des Tauchausgusses (8) nehmen

- eine geringere Stahltemperatur, T_LF (11) am Pfannenofen (2),
- eine geringere Verteilertemperatur im Inneren (4.1) an der Feuerfesthaut (6.1.2) bzw. außen am Verteilerpanzer (6.2) als Hauttemperatur (cold face) (6.2.1) am Ende der Verteilervorheizzeit tT (5) im Verteilerheizstand (5.2) und
- geringere Verteileraufheizzeiten tT (5) am Verteileraufheizstand (8.2) unter Verwendung eines Brenners (8.2.1) oder eines Ofens (8.2.2).

Das Verteilerstahlgewicht WT (14) dagegen ist ein Verfahrensparameter, der die Vorerstarrung beim Öffnen des Verteilers durchbricht und die Ventilstellung zwi schen Stopfen (7) und Stopfensitz (8.1) freispült. Je größer die Vorerstarrung (9) ausgebildet ist, desto höher muß der Druck (14.1) bzw. das Verteilerstahlgewicht (14) beim Öffnen des Stopfens unter Beibehaltung der Ventilöffnung und gleicher Füllzeit sein.

In Fig. 2 ist im Teilbild a) die Vorerstarrung (9) schematisch gezeigt, die eine un kontrollierte Masse rund um den Stopfen darstellt. Im Teilbild b) ist die Situation nach dem Einformen der Vorerstarrung (9.1) durch ein beispielsweise mindestens einmaliges schnelles Öffnen und Schließen des Stopfens vor dem Start der An fahrstrategie dargestellt. Durch diese Maßnahme ist die unkontrollierte Vorerstar rung, bestehend aus Kristallen und Schmelze (Stahlschwamm gefüllt mit Schmel ze), zu einem temporären Ventilsitz eingeformt, der zu einem gleichförmigeren Stahlfluß beim Angießen führt und den Angießprozeß sicherer macht.

Fig. 3 stellt den funktionalen Zusammenhang dar zwischen der Auffüllzeit (15) und beispielsweise dem Produkt aus

- der Abgabetemperatur des Stahles am Pfannenofen T.LF (11),
- der Wurzel aus der Aufheizzeit des Verteilers t.T (5.1) und
- dem Stahlgewicht im Verteiler W.T (14) zum Zeitpunkt der Öffnung des Ver teilers

für unterschiedliche Verteilerhauttemperaturen T.T (

4.1

) und (

4.2

).

Diese Funktion ist im wesentlichen gültig für folgende Randbedingungen wie

- eine konstante Zeit zwischen Abgabe des Stahles am Pfannenofen (2) und dem Öffnen der Pfanne,
- eine konstante Zeit zwischen Ende des Vorheizens am Vorheizstand (5.2) und dem Öffnen des Verteilers,
- eine konstante Gießleistung der Pfanne beim Füllen des Verteilers,
- eine konstante und definierte Verteilerausmauerung sowie
- eine vorgegebene Verteilerform und Kapazität.

Fig. 4 stellt eine Tabelle dar, die letztlich die Erfindungshöhe deutlich macht. Die Beispiele zeigen deutlich, daß bei vorgegebener Stahltemperatur T.LF (11) und Verteilervorheizzeit t.T (5) unmittelbar vor dem Öffnen der Pfanne für eine ge wünschte Auffüllzeit t.M (15) von beispielsweise 14 oder 10 sec der entspre chende Füllgrad, ausgedrückt als Verteilerstahlgewicht (14) oder ferrostatischer Druck (14.1), "online" über eine mathematische Funktion bestimmt werden kann, um die gewünschte Auffüllzeit sicherzustellen.

Die Tabelle macht deutlich, daß bei einer Verteilerhauttemperatur von 1.200°C (4.1) sich eine Angießzeit t.M bzw. Auffüllzeit (15) von

- 14 sec bei 18,2 t und
- 10 sec bei 19,6 t

bzw. von 1.300°C (

4.2

) sich eine Auffüllzeit (

15

) von

- 14 sec bei 13,8 t und
- 10 sec bei 15,5 t

einstellt.

Dieser dargestellte Zusammenhang macht es nun möglich, unabhängig von der Stahltemperatur (11) sowie der Aufheizzeit des Verteilers (5), die im Betrieb Schwankungen unterliegen, den Angießvorgang durch die Bestimmung des ent sprechenden Verteilerstahlgewichtes zu kontrollieren und damit völlig zu automati sieren.

Neben diesen genannten Einflußgrößen können auch andere energetisch rele vante Einflußgrößen (21), beispielsweise die nach dem Vorheizen im Verschleiß futter (6.1.1), das beispielsweise in Form von Spritzmasse auf das Dauerfutter (6.1) aufgebracht ist, verbleibende Restfeuchte bzw. Restflüchtige (offenes Was ser, Kristallwasser und/oder organische Flüchtige), die Vorerstarrung (9) ebenfalls quantitativ beeinflussen.

Bezugszeichenliste

1

Pfanne

2

Pfannenofen

3

Stranggießverteiler

4

Verteitervorheiztemperatur, T-T, innere Hauttemperatur, hot face-Temperatur

4.1

Verteilervorheiztemperatur von 1.200°C

4.2

Verteilervorheiztemperatur von 1.300°C

4.3

Meßsystem

5

Vorheizzeit t.T

5.1

Vorheizzeit t.T^0,5

5.2

Verteileraufheizstand

5.3

Meßuhr zur Bestimmung der Verteilervorheizzeit

6

Verteilerwand

6.1

Feuerfest-Verteilerwand, Dauerfutter

6.1.1

Spritzmasse als Verschlußfutter

6.1.2

innere Feuerfestwand, hot face

6.2

Verteilerstahlmantel, Stahlpanzer

6.2.1

äußere Stahlmanteltemperatur, cold face

6.2.1.1

Meßvorrichtung

7

Stopfen

8

Tauchausguß, SEN

8.1

Stopfensitz am Eingang des SEN

8.2

Tauchausgußaufheizstand

8.2.1

Brenner

8.2.2

Ofen

9

Vorerstarrung bestehend aus erstarrtem Stahl und Schmelze (Stahlschwamm getränkt mit Restschmelze)

10

Gießspiegelregelung

10.1

Angießstrategie

10.2

Strangantrieb

10.3

Stopfen- oder Schieberventilstellung mit Volumenstrom-Kennlinie

11

Abgabetemperatur des Stahles, T.LF am Ende der pfannenmetallurgischen Behandlung, z. B. Pfannenofen (

2

)

11.1

Meßvorrichtung

13

Stranggießkokille

13.1

Breitseiten

13.1.1

konkave Breitseiten mindestens im Gießspiegelbereich

14

Stahlgewicht im Verteiler W.T

14.1

Stahlflüssigkeitsdruck, P am Stopfensitz oder ferrostatischer Druck

14.2

Meßsystem

15

Kokillenauffüllzeit, t.M. vom Öffnen des Verteilers (

3

) bis zum Abfah ren des Stranges

15.1

Meßsystem

20

"online"-Rechnersystem zur Bestimmung des Verteilerstahlgewichtes für die kontrollierte und vorbestimmte Kokillenauffüllzeit (

15

) unter Berück sichtigung von Verfahrenseinflußgrößen wie (

11

), (

5

) und anderen (

21

)

21

andere energetisch relevante Verfahrenseinflußgrößen wie beispielsweise der Restwassergehalt und/oder Restflüchtige der Verteilerspritzmasse (

6.1.1

)

Claims

1. Verfahren zum automatischen Angießen von Stranggießanlagen, vorzugs weise zum Gießen von Strangdicken zwischen 10 und 150 mm und Breiten bis zu 3.500 mm unter Verwendung einer Gießspiegelregelung und eines Verschlußsystems, bestehend aus einem Schiebersystem oder vorzugswei se Stopfensystem, dadurch gekennzeichnet, daß dem automatischen Start die Erfassung folgender Prozeßdaten:

- Stahltemperatur am Ende der Stahlbehandlung im sekundärmetallurgi schen Bereich, T.LF (11)
- Aufheizzeit des Verteilers vor dem Gießbeginn, t.T^0,5 (5.1)
- innere Verteilerwandtemperatur nach dem Vorheizen des Verteilers, W.T (14), T.T (4)
- Stahlgewicht im Verteiler zum Zeitpunkt des Öffnens des Verteilers für den Gießbeginn
- Füllzeit der Kokille, Zeit zwischen Öffnen der Kokille und Abfahren des Stranges (15)
- Bildung eines funktionalen Zusammenhanges beispielsweise des Pro duktes aus T.LF (11), t.T^0,5 (5.1), W.T (14)
- Bildung der Funktion zwischen der Auffüllzeit (15) und dem Produkt aus ((11) (5.1) (14))
- Festlegung der gewünschten Auffüllzeit (15) bei allen folgenden Güssen und Bestimmung des der gewünschten Auffüllzeit äquivalenten Verteiler stahlgewichtes bei sich unkontrolliert einstellender Stahltemperatur T.LF (11), Verteilervorheizzeit t.T (5) und Verteilertemperatur T.T (4) un mittelbar vor dem Öffnen der Pfanne zum Füllen des Verteilers zugrunde gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer oszillierenden Kokille gegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerstarrung durch ein mindestens einmaliges schnelles Öffnen und Schließen im Bereich des Stopfensitzes eingeformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Dünnbrammenanlage mit einer Gießgeschwindigkeit von max. 12 m/min stranggegossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Funktion die Transportzeiten der Pfanne von der Abgabe Pfannenofen (2) bis zum Öffnen der Pfanne sowie des Verteilers zwischen Aufheizstand und dem Öffnen des Verteilers berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Funktion die Außenhauttemperatur des Vertei lers (6.2.1) ermittelt und berücksichtigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Funktion Auffüllzeit (15) neben den Verfahrens größen Pfannenstahltemperatur (11), Verteileraufheizzeit (5), Verteilerin nentemperatur (4) und Verteilerstahlgewicht TW (14) auch andere energe tisch relevanten Einflußgrößen (21) wie beispielsweise der nach dem Vorhei zen in der Feuerfestwand (6.1) und der Spritzmasse (6.1.1) verbleibende Restwassergehalt und/oder der Gehalt an Restflüchtigen, eingebracht über die Verteilerspritzmasse (6.1.1) im "online"-Rechner (20) über die mathemati sche Auflösung erfaßt werden.

8. Vorrichtung zur Erzeugung von Brammmen einer Dicke zwischen 10 und 150 mm und einer Breite von bis zu 3,5 m unter Verwendung einer Gießspiegel regelung (10) verbunden mit dem Strangantrieb (10.2) und dem Durchfluß ventil, vorzugsweise ein Stopfen (10.3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturmeßvorrichtung am Ende der Stahlbehandlung (11.1) angeordnet ist sowie ein Meßsystem zur Zeiterfassung des Verteileraufheiz vorganges (5.3), ein Meßsystem zur Bestimmung des Verteilerstahlgewich tes während des Füllvorganges des Verteilers (14.2), ein Meßsystem zur Zeiterfassung vom Start des Füllvorganges der Kokille (13) bis zum Abzug des Stranges (15.1) aus der Kokille und ein Rechnersystem (20) zur "online"- Bestimmung des Verteilergewichtes (14) zur Sicherstellung der Angießzeit (15) unter Berücksichtigung mindestens der Verteilertemperatur (11) und der Verteileraufheizzeit (5) bis spätestens unmittelbar vor Öffnen des Verteilers vorgesehen und signaltechnisch miteinander verknüpft sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenbreitseitenwände (13.1) eine konkave Form aufweisen (13.1.1).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießanlage mit Strangantrieben (10.2) ausgestattet ist, die eine Abgießgeschwindigkeit von max. 12 m/min zulassen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch, eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Außenhauttemperatur (6.2.1).