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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Schmalseitenkonizität einer Plattenkokille durch eine Verstellung der ausgehend von einer großen Breite in Förderrichtung des aus einer Metallschmelze zu gießenden Strangs aufeinander zulaufend angeordneten Schmalseiten der Plattenkokille in Abhängigkeit von einem den Grad der Schmalseitenkonizität vorgebenden Sollwert. Unter dem Begriff ”Schmalseitenkonizität” wird dabei der in ”%” ausgedrückte Betrag bezeichnet, um den die Breite des Gießkanals der Plattenkokille ausgehend von ihrer Eingussöffnung, in die die jeweilige Metallschmelze eingegossen wird, bzw. dem in der Eingussöffnung gebildeten Gießspiegel bis zu ihrer dem Kokillenende zugeordneten Austrittsöffnung abnimmt, aus der der zu gießende Strang austritt.
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Ein Verfahren der voranstehend genannten Art ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift
DE 39 08 328 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren laufen die die Breitseiten des zu gießenden Strangs begrenzenden Schmalseitenplatten der Plattenkokille ausgehend von der Einfüllöffnung, in die die Schmelze gegossen wird, in Richtung der Austrittsöffnung der Plattenkokille konisch aufeinander zu, so dass die Austrittsöffnung eine geringere Breite aufweist als die Eintrittsöffnung.
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Um eine sichere Führung des Strangs bei gleichzeitig ausreichender Kühlung zu gewährleisten, wird bei dem bekannten Verfahren zum einen mittels Messfühlern das Anliegen der Strangschale an den Schmalseiten der Plattenkokille erfasst. Zum anderen wird die Ausbauchung der Strangschale ermittelt. Gleichzeitig wird die Konizität, mit der die Schmalseitenplatten aufeinander zulaufen, auf einen Sollwert nachgestellt, der auf der Differenz von zwei Messwerten basiert, die an zwei für die Strangbildung in der Plattenkokille charakteristischen Orten ermittelt worden sind.
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Zu diesem Zweck weist eine in der
DE 39 08 328 C2 beschriebene Vorrichtung zwei Messfühler auf, die in einer Querschnittsebene im unteren Bereich einer Schmalseitenplatte so angeordnet sind, dass einer der Messfühler der Mitte und der andere dem Kantenbereich des Stranges zugeordnet ist. Während des Betriebs werden die Schmalseitenplatten gemäß der
DE 39 08 328 C2 derart eingestellt und nachgeführt, dass der der Mitte zugeordnete Messfühler stets Kontakt mit der Strangschale meldet und der andere Messfühler einen Mindestabstand zu der Strangschale nicht unterschreitet. Dem aus der
DE 39 08 328 C2 bekannten Regelkreis liegt dabei die Annahme zu Grunde, dass die Schrumpfung des Stranges unter anderem von der Temperatur der Schmelze, ihrer Zusammensetzung und der Gießgeschwindigkeit abhängig ist.
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In der deutschen Patentschrift
DE 41 17 073 C2 ist an dem aus der
DE 39 08 328 C2 bekannten und anderen Verfahren, bei denen die Reglung der Breitenkonizität in vergleichbarer Weise erfolgt, kritisiert worden, dass die jeweilige Plattenkokille oder die gesamte Anlage nach Messwerten im Vergleich zu vorgegebenen Soll-Werten gesteuert wird, wobei jedoch offen ist, inwieweit die vorgegebenen Soll-Werte den tatsächlichen Gegebenheiten oder Erfordernissen Rechnung tragen. Zur Lösung dieses Problems schlägt die
DE 41 17 073 C2 vor, die Stellung der Schmalseiten einer Plattenkokille basierend auf Temperaturmessungen, daraus gebildeten kühlflächenbezogenen spezifischen Kennwerten und Differenzbildungen zwischen den betreffenden Kennwerten einzustellen.
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Grundsätzlich lässt sich auf die in der
DE 39 08 328 C2 oder der
DE 41 17 073 C2 bekannten Weise zwar eine an das Schrumpfungsverhalten der in die Plattenkokille jeweils eingefüllten Metallschmelze bei der Bildung des Strangs angepasste Nachführung der Schmalseitenplatten durchführen. Der dazu erforderliche Mess- und Regelaufwand ist allerdings jeweils erheblich und lässt sich unter den in der Praxis geltenden harten Betriebsbedingungen nur unter Schwierigkeiten betriebssicher und mit der erforderlichen Genauigkeit durchführen. So erweisen sich die aus den genannten Patentveröffentlichungen bekannten Verfahren insgesamt als nicht praxisgerecht.
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Eine andere, messtechnisch deutlich einfachere Möglichkeit des Nachführens der Schmalseiten einer Plattenkokille entsprechend der Schrumpfung des vergossenen Metalls bei der Entstehung des Strangs ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 36 43 740 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Plattenkokillen insbesondere in ihrem in Förderrichtung des Strangs unteren Bereich federnd elastisch so gelagert, dass sie entsprechend der vom Gießstrang jeweils ausgeübten Gegenkraft mehr oder weniger stark aufeinander zu bewegt werden. Durch dieses selbsttätige Nachstellen kann das Anliegen der Schmalseitenplatten gewährleistet werden. Allerdings zeigt sich in der Praxis, dass es auf diese Weise nur schwer möglich ist, optimierte Geometrien des die Gießkokille verlassenden Strangs zu gewährleisten. Ebenso ist die selbsttätige Nachstellung der Seitenplatten anfällig gegen Störungen.
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Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich bei vermindertem apparativem Aufwand und hoher Betriebssicherheit Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, zu einem den geometrischen Vorgaben optimal entsprechenden Strang vergießen lassen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Axt erfindungsgemäß bei der Einstellung der Konizität die Breite des zu erzeugenden Strangs unterproportional berücksichtigt wird, indem jeder Breite der Plattenkokille ein bestimmter prozentualer Sollwert der Schmalseitenkonizität zugeordnet wird und die Sollwerte prozentual mit zunehmender Breite der Plattenkokille geringer werden.
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Die Erfindung geht von der neuen Erkenntnis aus, dass eine entscheidende Einflussgröße bei der Schrumpfung des sich in der Plattenkokille bildenden Strangs dessen Breite ist, wobei bei geringeren Strangbreiten eine größere und bei größeren Strangbreiten eine geringere prozentuale Konizität erforderlich ist. So haben Untersuchungen der Erfinder gezeigt, dass der Einfluss der Breite auf das Schrumpfverhalten sogar größer ist als der Einfluss der Zusammensetzung der jeweils vergossenen Metallschmelze. Auch hat sich gezeigt, dass die Gießgeschwindigkeit nur van untergeordneter Bedeutung für das Schrumpfen des Metalls im Gießkanal der Plattenkokille ist. Gleiches gilt für die Temperatur, mit der die Schmelze vergossen wird.
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Basierend auf der Erkenntnis, dass das prozentuale Schrumpfungsverhalten des sich in der Plattenkokille bildenden Strangs entscheidend von dessen Breite abhängt, sieht die Erfindung vor, die Einstellung des Breitenverlaufs des Gießkanals so vorzunehmen, dass die Breite des zu gießenden Strangs unterproportional bei der Regelung berücksichtigt wird.
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Die Einstellung der jeweils optimalen Kanizität kann dabei ausgehend von einer Normbreite vorgenommen werden, für die beispielsweise anhand empirischer Betriebsversuche oder basierend auf einer Simulationsrechnung für die jeweils zu vergießende Stahlqualität und bei gegebenen Gießgeschwindigkeiten sowie eine bestimmte Wärmeabfuhr aus den Kokillenplatten eine Konizität ermittelt wird, bei der sich für die betreffende Normbreite optimale Gießergebnisse ergeben. Bei der Normbreite kann es sich beispielsweise um eine bezogen auf das mit der jeweiligen Plattenkokille zu erzeugende Breitenspektrum mittlere Strangbreite handeln. Die für die betreffende Normbreite ermittelte Konizität bildet dann die Normsollgröße, von der ausgehend die Konizitäten für alle anderen Breiten bestimmt werden, in denen mit der jeweiligen Plattenkokille Gussstränge erzeugt werden sollen.
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Ausgehend von dem der prozentualen Normkonizität entsprechenden prozentualen Konizitätssollwert werden die prozentualen Konizitätssollwerte für die von der Normbreite abweichenden Strangbreiten dadurch ermittelt, dass die prozentuale Normkonizität um einen Korrekturfaktor verändert wird, der der jeweiligen Strangbreite zugeordnet ist. Die betreffenden Korrekturfaktoren können dabei wiederum anhand empirischer Untersuchungen oder durch Simulationen berechnet werden. Ihre Bestimmung ist dabei dadurch gegenüber der Sollwertbestimmung bei allen anderen bekannten Vorgehensweisen deutlich vereinfacht, dass als wesentliche Einflussgröße bei ihrer Bestimmung nur die jeweilige Breite des zu erzeugenden Strangs zu berücksichtigen ist. Dies reduziert sowohl den Untersuchungsaufwand im Vorfeld der betrieblichen Anwendung als auch den im laufenden Betrieb erforderlichen Mess- und Regelaufwand. So kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auf eine aufwändige und störungsanfällige Kontaktmessung im Bereich des Gießkanals der Plattenkokille verzichtet werden. Auch sind für die Regelung der jeweiligen Position der Schmalseitenplatten nur einfache Regeleinrichtungen erforderlich, die kostengünstig zur Verfügung gestellt und mit hoher Betriebssicherheit betrieben werden können.
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Die Bestimmung der auf die jeweils vergossene Strangbreite bezogenen optimalen Konizität kann grundsätzlich auf Basis jedes formelmäßigen oder empirisch ermittelten Zusammenhangs erfolgen, der der erfindungsgemäßen Vorgabe einer unterproportionalen Berücksichtung der Strangbreite gerecht wird. Eine besonders einfache und gleichzeitig praxisgerechte Umsetzung der Erfindung ergibt sich dabei dadurch, dass für die aktuelle Breite BAktuell der prozentuale Sollwert Ksoll der Konzität nach folgender Maßgabe ermittelt wird: KSoll = KNorm – kW/100 mm × (BAktuell – BNorm) mit
- BNorm
- = Normbreite eines Musterstücks,
- KNorm
- = für BNorm ermittelte optimale Konizität in
- BAktuell
- = Breite des jeweils zu erzeugenden Strangs,
- kW
- = Konizitätskorrekturwert in %, Breitenangaben in mm.
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Diese Art und Weise der breitenabhängigen Berechnung der Konizitätssollwerte ist für alle Schmalseiten zweckmäßig, deren Plattenkokillen sowohl einen linearen, geradlinigen als auch einen gekrümmten Verlauf besitzen. So zeigen sich beispielsweise bei einer linear verlaufenden Konizität des Gießkanals optimale Ergebnisse, wenn ein Konizitätskorrekturwert von 0,03% pro 100 mm Strangbreite berücksichtigt wird. Dieser Korrekturwert wird bei oberhalb der Normbreite liegenden Strangbreiten von der für die Normbreite bestimmten Normkonizität subtrahiert und bei Strangbreiten, die kleiner sind als die Normbreite, zu der Normkonizität addiert, um den jeweiligen Konizitätssollwert zu bestimmen.
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Ein für den Korrekturfaktor praxisgerechter Wertebereich kann mit kW = 0,03% bis 0,05% angegeben werden.
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Sofern die betreffenden Materialeigenschaften bekannt sind, können nach bessere Genauigkeiten bei der Bestimmung des Konizitätskorrekturwerts kW dadurch erzielt werden, dass dieser unter Berücksichtigung des in Breitenrichtung des zu gießenden Strangs wirksamen Warmeausdehnungskoeffizienten der jeweils zu vergießenden Metallschmelze ermittelt wird.
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Alternativ oder ergänzend kann der Konizitätskorrekturwert kw bezogen auf die für den jeweils zu erzeugenden Strang geforderte Breite auch anhand von Korrekturwertvorgaben ermittelt werden, die zuvor mittels einer Simulationsrechnung in Kenntnis der Materialeigenschaften bestimmt worden sind, die auf dem in Breitenrichtung wirksamen Schrumpfungsverhalten der jeweils zu vergießenden Metallschmelze basieren.
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Denkbar ist es darüber hinaus, den jeweils angewendeten Konizitätskorrekturwert auf Basis einer Online-Berechnung unter Berücksichtigung der jeweils aktuell wirksamen Gießparameter zu ermitteln. Unabhängig davon, wie der erfindungsgemäß angewendete Konizitätskorrekturwert ermittelt wird, ist es jedoch stets wesentlich, dass er in Bezug zur Breite des zu vergießenden Strangs gesetzt wird.
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Die Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass das Schrumpfverhalten des sich im Gießkanal einer Plattenkokille bildenden Strangs nicht nur entscheidend durch dessen Breite, sondern, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, sich in erster Näherung auch proportional zum aus den Kokillenplatten der Breitseiten abgeführten Wärmestrom verhält. Daher ist es zur weiteren Optimierung des Gießergebnisses vorteilhaft, wenn bei der Bestimmung des Konizitätskorrekturfaktors der Einfluss der Wärmeabfuhr aus den Kokillenplatten der Breitseiten berücksichtigt wird. Die aus dem gegossenen Strang in der Kokille abgezogene Wärmemenge kann dabei auf einfache Weise durch Messung der Temperatur der Kokillenplatten der Breitseiten bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend kann die dem Strang in der Kokille entzogene Wärme bei mittels eines Kühlfluids gekühlten Kokillenplatten auf einfache Weise anhand einer Temperaturdifferenzmessung bestimmt werden, die an dem die Kokillenplatten kühlenden Kühlflüssigkeitsstrom vorgenommen wird, indem die Differenz der Temperatur von abströmendem und zuströmendem Kühlfluid gebildet wird Q . = m . × cp × ΔT. Derartige oder auf andere Weise durchgeführte Temperaturmessungen werden beispielsweise von Überwachungseinrichtungen geliefert, die in der Praxis bereits zur Früherkennung der Gefahr eines Durchbruchs des Gießstrangs eingesetzt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Diagramms näher erläutert.
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Sämtliche der nachfolgend erläuterten Untersuchungsergebnisse sind für eine hier nicht dargestellte Plattenkokille ermittelt worden, die mit geradlinig ausgebildeten Schmalseitenplatten ausgestattet ist.
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In dem Diagramm sind für einen konventionellen Kohlenstoffstahl (gepunktete Linien), einen peritektischen Stahl (gestrichelte Linien) und einen unlegierten Stahl (durchgezogene Linien) die optimalen Konizitäten bei Gießgeschwindigkeiten von 0,8 m/min (gekennzeichnet durch gefüllte Rauten), 1,0 m/min (gekennzeichnet durch ungefüllte Dreiecke), 1,2 m/min (gekennzeichnet durch gefüllte Kreise) und 1,4 m/min (gekennzeichnet durch ungefüllte Quadrate) dargestellt.
