DE102009048567B4 - Verfahren und Anordnung zum Kühlen eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs (1) in einer Stranggießanlage mit einer Sekundärkühlvorrichtung (4) und einer ersten Regelungseinheit (13) zur Regelung der Temperatur in der Sekundärkühlvorrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) zusätzlich in einer der Sekundärkühlvorrichtung (4) nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung (4) angeordneten Starkkühlvorrichtung (7) gekühlt wird, wobei der Gießstrang (1) in der Sekundärkühlvorrichtung (4) derart gekühlt wird, dass er auf seiner Ober- und Unterseite mit derselben Temperatur in die Starkkühlvorrichtung (7) eingebracht wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage mit einer Sekundärkühlvorrichtung und einer Regelungseinheit zur Regelung der Temperatur in der Sekundärkühlvorrichtung.
• Beim Stranggießen von Stahl werden Regelungssysteme für den Abkühl- und Erstarrungsvorgang verwendet, die die Beaufschlagung der Strangoberfläche mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere mit Wasser, vorgeben. Während des Abkühlvorgangs bildet sich ein austenitisches Gefüge im Stahlvolumen aus. Darüber hinaus kann es zur Ausscheidung oder Einschlussbildung von Verbindungen kommen, die aus Legierungs- oder Verunreinigungselementen bestehen. Diese können auf die gewünschte Gefügestruktur und die Werkstoffeigenschaften negative Auswirkungen haben. Insbesondere beim Direkt- oder Warmeinsatz der in der Gießanlage gegossenen Brammen ergeben sich dadurch aufgrund der fehlenden Gefügeumwandlung während des Abkühl- und Wiedererwärmvorgangs mitunter negative Auswirkungen auf die Produktqualität.
• Aber auch neuere Ansätze zur Einstellung besonders feinkörniger Gefüge lassen sich unter Umständen ohne eine dem Walzprozess vorangegangene Phasenumwandlung des Austenits zu einer der Tieftemperaturgefügeformen von Stahl und zurück zum Austenit nur erschwert durchführen, falls sie überhaupt möglich sind.
• Um diesem Problem zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, im Bereich der Gießanlage durch geeignete Starkkühlvorrichtungen eine Phasenumwandlung herbeizuführen, die durch anschließende Wiedererwärmung wieder rückgängig gemacht werden kann. Eine derartige Wiedererwärmung lässt sich sowohl durch Wärmeleitung aus dem Stranginneren als auch durch von außen in einem Ausgleichsofen zugeführte Wärme hervorrufen.
• Dieser Vorgang hinterlässt dabei aber ein feinkörnigeres Gefüge und eine feinere Verteilung von Ausscheidungen oder Einschlüssen, was erwünscht, aber auch unerwünscht sein kann.
• Die Schwierigkeit beim Einsatz einer solchen Starkkühlvorrichtung besteht darin, dass durch eine asymmetrische Abkühlung im behandelten Stahlvolumen Spannungen entstehen, die möglicherweise zu einer plastischen Verformung und damit zu einer Deformation des Strangs führen. Dieses Verhalten wird zusätzlich dadurch erschwert, dass in dem relevanten Temperaturbereich an der Strangoberfläche der Leidenfrost-Effekt berücksichtigt werden muss, durch den eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten bei fallender Oberflächentemperatur verursacht wird. Eine nicht-gleichmäßige Temperaturverteilung wird durch den Leidenfrost-Effekt daher noch verstärkt. In 1 ist dargestellt, wie sich der Wärmeübertragungskoeffizient als Funktion der Temperatur verhält, wenn ein Kühlmittel auf eine Oberfläche, beispielsweise eine metallische Oberfläche, aufgebracht wird. Dabei geben die Kurven A, B, C und D verschiedene Kühlmittelmengen an, die je Flächen- und Zeiteinheit auf die zu kühlende Oberfläche aufgebracht, also spezifisch beaufschlagt, werden, wobei die Kurve A der niedrigsten spezifischen zugeführten Kühlmittelmenge entspricht, die Kurve D der höchsten Menge. Hierbei zeigt sich, dass der Wärmeübertragungskoeffizient mit steigender Temperatur zunächst einen maximalen Wert annimmt und dann allmählich bei weiter steigender Temperatur auf einen Wert sinkt, der noch niedriger ist, als der Wert bei niedriger Temperatur. Dies beruht darauf, dass das Kühlmittel auf der Oberfläche des zu kühlenden Materials verdampft und dort eine isolierende Schicht bildet, die die weitere Zufuhr des Kühlmittels erschwert.
• Dieser Effekt hat zur Folge, dass ein anfänglich bereits vorhandener Temperaturunterschied ΔT_i (2) zwischen einer oberen und einer unteren Oberfläche eines Gießstrangs, wobei der Temperaturverlauf in Strangrichtung durch eine Kurve F für die obere und durch eine Kurve G für die untere Oberfläche beschrieben wird, bei gleich starker Kühlmittelzuführung auf beiden Seiten infolge des sich bei sinkenden Temperaturen vergrößernden Wärmeübertragungskoeffizienten noch weiter auseinanderklafft und einen Wert ΔT_f ergibt, wobei der Wärmeübertragungskoeffizient für die Oberseite durch eine Kurve H und der für die Unterseite durch eine Kurve I wiedergegeben wird. Dies bedeutet, dass sich ein anfänglich noch kleiner Temperaturunterschied während des Abkühlvorgangs zu einem derartig großen Temperaturunterschied verstärkt, dass sich der Gießstrang je nach der bei der Temperaturabsenkung erreichten kristallinen Struktur und der damit einhergehenden Volumenänderung mehr oder weniger durchbiegt. Die in dem jeweiligen Temperaturbereich eintretenden Phasen- oder Gefügeumwandlungen verursachen somit teilweise erhebliche, die Qualität des Gießstrangs beeinträchtigende Spannungen.
• 3a zeigt ein Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm für einen Stahl, in der die Temperatur T als Funktion der Zeit t aufgetragen ist und aus dem sich entlang einer durch die Abkühlung bestimmten Kurve J für die Oberseite des Gießstrangs ein späteres Durchlaufen der mit „F“ gekennzeichneten ferritischen Phase ergibt als für die durch die Kurve K gegebene Abkühlung der Unterseite des Gießstrangs.
• 3b zeigt in anderer Form den Beginn der Ferritbildung zu verschiedenen Zeitpunkten L und M bei Temperaturen ϑ_oben bzw. ϑ_unten für die Oberseite bzw. die Unterseite eines Gießstrangs 1.
• Der starke Einfluss der Kühlmittelbeaufschlagung im Bereich des Leidenfrosteffekts und die daraus resultierende starke Abhängigkeit auch der Austenitumwandlung machen die Implementierung eines Regelsystems der Starkkühlvorrichtung in Echtzeit sehr komplex.
• Aus der EP 1 414 603 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flach- und Langprodukten in einer Produktionsanlage bekannt, in der beispielsweise Dünnbrammen, Dickbrammen, Knüppel, Trägervorprofile und dgl. mit einer Stranggießanlage hergestellt werden, die eine Kokille, eine Strangführung mit einer Auszieh- und Richtmaschine, eine Kühlstrecke und eine Trenneinrichtung für den Strang sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen umfasst. Die Kühlstrecke ist stromabwärts hinter der Trenneinrichtung positioniert.
• Aus der Zeitschrift „FEATURE“, August 1999, Seite 39, wird in dem Aufsatz „Quenching for Improved Direct Hot Charging Quality“ geht hervor, dass viele Stahlhersteller im Zusammenhang mit direkter Heiß-Chargierung bei aluminium-beruhigtem Stahl sowie bei Stahl-Legierungen Brüchigkeits-Probleme haben und diese durch eine Präzisionskühlung der äußeren Schale des Stahlstrangs unmittelbar im Anschluss an den Gießprozess gelöst werden können.
• Wegen der schnellen Erhitzung bei direkter Heiß-Chargierung und beim Walzprozess kommt es zur unerwünschten Ausscheidung von Aluminiumnitrid; Aluminiumnitride finden sich in den meisten aluminium-beruhigten Stählen. Diese werden geformt und an den austenitischen Korngrenzen ausgeschieden, wenn der Stahl die Umwandlungsphase von Austenit zu Austenit plus Ferrit durchläuft. Wenn der Gussstrang dann in einen Ofen zur Wiedererhitzung vor dem Walzen eingebracht wird, verbleiben die Ausscheidungen an den austenitischen Korngrenzen, auch wenn der Stahl einen Phasenwechsel zurück zu vollständigem Austenit vollzieht. Die Ausscheidung von Aluminiumnitrid ruft weitere Probleme mit anderen Ausscheidungen wie Kupfer, Vanadium, u. a. hervor, was zu einer sehr empfindlichen Bruchstruktur führt. Zur Lösung dieser Probleme wird bereits gemäß der EP 0 650 790 A1 vorgeschlagen, zur Vermeidung des schädlichen Einflusses von Aluminium, Vanadium, Niob eine feinkörnige Oberfläche zu erzielen. Hierzu sollen Oberflächenspannungen abgebaut werden. Ferner wird eine Oberflächentemperatur im Bereich zwischen 400 und 900 °C mit einer Wiedererwärmung durch im Block enthaltene Restwärme angestrebt. Hierbei wird auch die Positionierung einer Quenchingbox unmittelbar nach der Auszieh- und Richtmaschine und vor der Trennvorrichtung vorgesehen.
• Aus der DE 19 60 671 A ist ein Verfahren zum Kühlen von aus einer Durchlaufkokille austretendem Stranggut bekannt, wobei die die Strangoberfläche beaufschlagende Kühlwassermenge einstellbar ist. Zu Beginn des Gießvorgangs können in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Strangguts, des Querschnitts und der Erstarrungszeit Sollwerte für die Kühlwassermenge eingestellt werden. Während des Gießens kann in Abhängigkeit vom augenblicklichen Integralwert der Gießgeschwindigkeit während des Weges des Stranges von der Schmelzenoberfläche bis zur jeweiligen Kühlzone ein zu der Kühlzone in der Weise passender Sollwert ausgewählt und für die Kühlwassersteuerung verwendet werden, dass die Strangoberflächentemperatur vorbestimmbar bleibt.
• Die DE 22 48 055 A beschreibt ein Verfahren zur Erzielung eines einheitlichen Temperaturgradienten im oberflächennahen Bereich von brammenförmigen Gießsträngen beim Stranggießen von Metall über den Querschnitt des Gießstrangs. Am Ausgang der Kokille und/oder in der anschließenden Kühlzone auf der Breitseite der Bramme wird gleichzeitig an mindestens zwei, auf einem Niveau liegenden Messstellen die Temperatur ermittelt und die flächenspezifische Kühlung in Abhängigkeit von auftretenden Temperaturdifferenzen so reguliert, dass sich eine einheitliche Oberflächentemperatur über den Querschnitt der Bramme einstellt. Bei zwei Messstellen liegt die eine in Kantennähe und die andere in einem mindestens der halben Dicke der Bramme entsprechenden Abstand von der Brammenkante.
• Aus der DE 102 55 550 B3 ist ein Verfahren bekannt zum Stranggießen von Brammen-, Dünnbrammen-, Vorblock-, Vorprofil-, Knüppelsträngen und dergleichen aus flüssigem Metall, insbesondere aus Stahlwerkstoff unter Abführen der Wärme aus der durch einen Tauchausguss eingeleiteten Schmelze in der Stranggießkokille mittels gekühlten Kupferplatten als Primärkühlzone. Unter weiterem Abkühlen durch ein nachfolgendes dynamisches Spritzsystem mittels Düsen und Kühlmedium als Sekundärkühlzone, die die Strangbreite und die Stranglänge beaufschlagen, wobei die Wärmeverteilung innerhalb der metallurgischen Stranglänge des jeweiligen Gießstrangs ermittelt und die Oberflächentemperatur durch zeilenweises Abtasten der Strangoberfläche gemessen wird. Über die Auslauftemperatur, die durch Kontrolle der Oberflächentemperatur am Ende der metallurgischen Stranglänge des Gießstrangs ermittelt wird, wird das dynamische Spritzsystem in Form der Wassermengenverteilung und der Druckverteilung bzw. Impulsverteilung über die Strangbreite und die Stranglänge und/oder die Strangbreite errechnete Termperaturverlaufskurve gesteuert.
• Die AT 409 352 beschreibt ein Verfahren zum Stranggießen eines Metallstrangs, insbesondere eines Stahlstranges, wobei ein Strang aus einer gekühlten Durchlaufkokille ausgezogen, in einer der Durchlaufkokille nachgeordneten Strangstützeinrichtung gestützt und mit Kühlmittel gekühlt sowie gegebenenfalls dickenreduziert wird. Zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Strang wird das Stranggießen unter online-Berechnung unter Zugrundelegung eines die Ausbildung des bestimmten Gefüges des Metalls beschreibenden Rechenmodells durchgeführt. Die die Gefügeausbildung beeinflussende Variable des Stranggießverfahrens, wie z. B. die zur Kühlung des Strangs vorgesehene spezifische Kühlmittelmenge kann onlinedynamisch, d. h. während des laufenden Gießens eingestellt werden.
• Aus der DE 44 16 752 A1 gehen ein Verfahren und eine Produktionsanlage zur Erzeugung von Warmbreitband hervor. Die entsprechende Produktionsanlage besteht aus einer Stranggießanlage für Dünnbrammen zwischen 40 und 70 mm, einem Ausgleichsofen und einem Walzwerk, wobei die Austrittstemperatur der Dünnbramme aus der Stranggießmaschine oberhalb von 950 °C liegt. Zwischen der Stranggießmaschine und dem Ausgleichsofen wird die Oberflächentemperatur soweit abgesenkt, dass sich eine Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit/Perlit einstellt. Die eingesetzte Kühlstrecke ist als Wasserkühlstrecke ausgeführt und besteht aus mehreren zu- und abschaltbaren Kühlbalken.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum gleichmäßigen Kühlen eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage zu schaffen.
• Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gießstrang zusätzlich in einer der Sekundärkühlvorrichtung nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung angeordneten Starkkühlvorrichtung gekühlt wird, wobei der Gießstrang in der Sekundärkühlvorrichtung derart gekühlt wird, dass er auf seiner Ober- und Unterseite mit derselben Temperatur in die Starkkühlvorrichtung eingebracht wird. Unter dem Temperaturprofil ist der Verlauf der Temperatur in Dickenrichtung des Strangs von der Ober- zur Unterseite gemeint. Der Temperaturverlauf sollte symmetrisch, bezogen auf die Strangmitte, sein. Vorzugsweise ist die Temperatur über die Breite möglichst gleich; jedoch ist dies nicht Voraussetzung für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
• Vorzugsweise wird ein Verfahren eingesetzt, gemäß dem der Gießstrang in der Sekundärkühlvorrichtung derart gekühlt wird, dass er mit einer über seine gesamte Breite und auf beiden Seiten gleichen Temperatur in die Starkkühlvorrichtung eingebracht wird.
• In vorteilhafter Weise wird das Verfahren auch dadurch ausgestaltet, dass innerhalb der Starkkühlvorrichtung die Temperatur des Gießstrangs mittels einer zweiten Regelungseinheit gleichmäßig an beiden Seiten und gleichmäßig über die gesamte Breite des Gießstrangs abgekühlt wird.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung ist alternativ zur Nachordnung der Starkkühlvorrichtung nach der Sekundärkühlvorrichtung vorgesehen, dass die Starkkühlvorrichtung in einen Bereich der Sekundärkühlvorrichtung integriert ist oder diese durch die Starkkühlvorrichtung unterbrochen wird. Dabei ist eine Starkkühlvorrichtung dadurch definiert, dass sie den aus der Gießkokille herauskommenden Gießstrang wenigstens teilweise aus der austenitischen Phase in eine andere kristalline Phase überführt. Dies bedeutet, je nach der Position, an der die Starkkühlvorrichtung eingesetzt wird, einen entsprechend stärkeren Kühlmittelfluss an der Stelle, als die Sekundärkühlvorrichtung ihn an dieser Stelle aufweisen würde.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Stranggießanlage mit einer ersten Regelungseinheit zur Regelung der Temperatur in der Sekundärkühlvorrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wobei die Stranggießanlage erfindungsgemäß eine zweite Regelungseinheit zur Regelung der Temperatur des Gießstrangs in einer der Sekundärkühlvorrichtung nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung angeordneten Starkkühlvorrichtung aufweist.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die beiden Regelungseinheiten zu einem gemeinsamen Regelungssystem zusammengefasst sind und dass die Kühleinheiten in der Sekundärkühlvorrichtung und der Starkkühlvorrichtung in Hinblick auf die Beaufschlagung des Gießstrangs mit einem Kühlmittel aufeinander abgestimmt sind.
• Von Vorteil erweist es sich auch, wenn wenigstens vier Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen sind, die jeweils vor und hinter der Starkkühlvorrichtung sowohl auf der Ober- wie auf der Unterseite des Gießstrangs vorgesehen sind. Für den Fall, dass die Starkkühlvorrichtung der Sekundärkühlvorrichtung nachgeordnet ist, lässt sich insbesondere vorsehen, dass eine der Temperaturmessvorrichtungen auf der Oberseite des Gießstrangs in Gießrichtung hinter der Sekundärkühlvorrichtung und vor der Starkkühlvorrichtung, eine auf der Unterseite des Gießstrangs hinter der Sekundärkühlvorrichtung und vor der Starkkühlvorrichtung, eine auf der Oberseite des Gießstrangs hinter der Starkkühlvorrichtung und eine auf der Unterseite des Gießstrangs hinter der Starkkühlvorrichtung angeordnet ist.
• Vorzugsweise stellt das Regelungssystem durch Abgleich der von den Temperaturmessvorrichtungen auf der Oberseite und der Unterseite jeweils gemessenen Temperaturwerte an den jeweils gleichen Positionen, bezogen auf die Längsrichtung des Gießstrangs, einen Ausgleich der Temperaturen ein, wobei die erste Regelungseinheit den Temperaturausgleich vor dem Einlauf in die Starkkühlvorrichtung, beispielsweise am Auslauf der Sekundärkühlvorrichtung, herstellt. Anstelle wenigstens einer der Temperaturmessvorrichtungen kann auch ein entsprechendes Prozessmodell zur Berechnung der zu dieser Position gehörigen Temperatur treten, so dass die gesamte Regelung teilweise auf gemessenen und teilweise auf gerechneten Temperaturwerten beruht oder dass sie ausschließlich auf mittels des Prozessmodells errechneten Temperaturen beruht.
• Mit Vorteil gibt die zweite Regelungseinheit die Beaufschlagung der Starkkühlvorrichtung mit Kühlmittel vor, wobei es die gleiche Temperaturdifferenz zwischen dem Einlauf und dem Auslauf der Starkkühlvorrichtung auf der Oberseite wie auf der Unterseite einstellt.
• Das Regelungssystem ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sich ein Werkstoffmodell einer bestimmten Metalllegierung zur Bestimmung einer notwendigen Temperaturführung an das Regelungssystem anschließen oder dass sich die Bestimmung einer notwendigen Abkühlgeschwindigkeit zum Erreichen vorgegebener Werkstoffeigenschaften durch das Regelungssystem vorgeben lässt.
• Die Stranggießanlage ist mit Vorteil so ausgestaltet, dass die insgesamt abzuführende Wärmemenge dem Regelungssystem vorgebbar ist und dass das Regelungssystem die Menge des von den Kühlvorrichtungen abzugebenden Kühlmittels entsprechend einstellt.
• Das erfindungsgemäße Regelungssystem besteht aus einer Kombination einer Regelungseinheit für die Sekundärkühlung, d. h. der Kühlung im Bereich der Rollen zur Umlenkung des aus der Gießkokille herauskommenden Gießstrangs aus der Vertikalen in die Horizontale und einer weiteren Regelungseinheit zur Regelung der Kühlleistung in einer in Gießrichtung nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung integrierten Kühleinrichtung, die nachfolgend als „Starkkühlvorrichtung“ bezeichnet wird, weil sie im Sinne der Erfindung eine höhere Kühlleistung erbringt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die Kühlleistung der nachgeordneten Kühlvorrichtung, entweder pro Flächeneinheit oder insgesamt, höher ist als die Kühlleistung der Sekundärkühlvorrichtung.
• Die Regelung der Sekundärkühlvorrichtung wird dazu verwendet, das Temperaturprofil vor der Starkkühlvorrichtung symmetrisch zu gestalten, um einen symmetrischen Abkühlvorgang zu ermöglichen. Die Regelung der Starkkühlvorrichtung wird dazu eingesetzt, um eine symmetrische Temperaturabnahme innerhalb der Starkkühlvorrichtung durchzuführen. Hiermit wird bezweckt, eine Deformation des Gießstrangs infolge unterschiedlicher Temperaturen auf der Unter- und Oberseite an derselben Stelle des Strangs zu unterbinden. Dadurch ermöglicht das Regelungssystem eine definierte und auf beiden Seiten gleichzeitige Phasenumwandlung und erreicht die gewünschten Werkstoffeigenschaften im Gießstrang, ohne die Nachteile von Deformationen in Kauf nehmen zu müssen, wie sie bereits bei geringfügigen Unterschieden in der Wärmeabführung infolge des Leidenfrost-Effekts beim Stand der Technik eintreten.
• Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der 4 näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung das Regelungssystem zur Kühlung eines aus einer Stranggießkokille herausgeführten Gießstrangs 1 in einer Stranggießanlage.
• Im Bereich von zur Führung und Umlenkung des Gießstrangs 1 aus der Vertikalen in die Horizontale dienenden und Führungsrollen tragenden Segmenten 2, 3 zu beiden Seiten des Gießstrangs 1 ist eine Sekundärkühlvorrichtung 4 mit Sprühdüsen 5, 6 zur Aufbringung eines Kühlmittels, insbesondere von Wasser, auf den Gießstrang 1 angeordnet.
• Der Sekundärkühlvorrichtung 4 ist eine Starkkühlvorrichtung 7 in Stranglaufrichtung nachgeordnet, die beiderseits der Oberflächen des Gießstrangs 1 Kühlsegmente 8, 9 umfasst. Die Starkkühlvorrichtung 7 kann mechanisch aus einem, aber auch aus mehreren Kühlsegmenten 8, 9 bestehen, die sich auf der Unter- und der Oberseite des Gießstrangs 1 befinden. Diese Segmente 8, 9 weisen Aufbringungsvorrichtungen 10, 11 zur Aufbringung des Kühlmittels auf beide Seiten des Strangs 1 auf. Anstelle von Sprühdüsen können jedoch auch andere Kühlkonzepte zur Anwendung kommen, beispielsweise Laminarkühlrohre. Falls die Aufbringungsvorrichtungen 10, 11 Sprühdüsen umfassen, sind diese vorzugsweise dichter zueinander angeordnet als die Sprühdüsen 5, 6 im Bereich der Sekundärkühlvorrichtung 4.
• Die Aufbringung des Kühlmittels wird durch ein sowohl die Sekundärkühlvorrichtung 4 als auch die Starkkühlvorrichtung 7 regelndes kombiniertes Regelungssystem 12 mit einzelnen Regeleinheiten 13, 14 für die Sekundärkühlvorrichtung 4 bzw. für die Starkkühlvorrichtung 7 geregelt.
• Das Regelungssystem 12 steht mit mindestens vier Temperaturmessvorrichtungen 15, 16, 17 und 18 in Verbindung, die die Temperaturen T_o,i, T_u,i auf der Ober- bzw. Unterseite des Gießstrangs 1 am Auslauf der Sekundärkühlvorrichtung 4 und vor dem Einlauf in die Starkkühlvorrichtung 7 bzw. T_o,f, T_u,f auf der Ober- bzw. Unterseite des Gießstrangs 1 nach dem Auslauf aus der Starkkühlvorrichtung 7 messen.
• Die Regelungseinheit 13 wird dazu verwendet, um auf der Oberseite des Gießstrangs 1 durch Abgleich mit dem Temperaturmessgerät 15 die gleiche Temperatur To,i einzustellen wie auf der Unterseite des Strangs 1 an der gleichen Längenposition, wobei diese Temperatur T_u,i durch das Messgerät 16 bestimmt wird, so dass gilt: $${\text{T}}_{\text{u}\text{,i}}={\text{T}}_{\text{o}\text{,i}}.$$

  
• Stimmen für ein gegebenes Kühlverfahren die Temperaturen nicht überein, sorgt die Regelungseinheit 13 im Bereich der gesamten Sekundärkühlvorrichtung oder nur im Bereich einzelner Segmente oder nur einzelner über die Breite des Gießstrangs 1 nebeneinanderliegender Kühlzonen dafür, dass ein schneller Ausgleich zwischen Ober- und Unterseitentemperaturen stattfindet. Ein solches Vorgehen stellt sicher, dass der Temperaturverlauf vor der Starkkühlvorrichtung 7 symmetrisch ist.
• Die Regelungseinheit 14, die die spezifische Beaufschlagung mit Kühlmittel auf der Ober- und Unterseite innerhalb der Starkkühlvorrichtung 7 vorgibt, wird dazu verwendet, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Ein- und Auslauf der Starkkühlvorrichtung 7 auf der Oberseite identisch ist zur Differenz zwischen der Ein- und Auslauftemperatur auf der Unterseite des Strangs 1: $${\text{T}}_{\text{u}\text{,f}}-{\text{T}}_{\text{u}\text{,i}}={\text{T}}_{\text{o}\text{,f}}-{\text{T}}_{\text{o}\text{,i}}$$

  
• Diese Temperaturen werden durch die ständigen Messungen an den mindestens vier Temperaturmessgeräten bereitgestellt. Stimmen die Temperaturdifferenzen trotz übereinstimmender Oberflächentemperaturen bei Eintritt in die Starkkühlvorrichtung 7 bei gegebener spezifischer Beaufschlagung mit dem Kühlmittel nicht überein, werden die auf die Ober- und Unterseite aufgebrachten Kühlwassermengen variiert, bis die gemessenen Temperaturdifferenzen übereinstimmen. Ein solches Vorgehen stellt sicher, dass der Temperaturverlauf auf beiden Oberflächen des Strangs 1 nach der Passage der Starkkühlvorrichtung 7 symmetrisch ist.
• Bei einer Kombination beider Verfahren wird sichergestellt, dass die in der Starkkühlvorrichtung 7 abgeführten Wärmemengen auf der Oberseite, Qo, und der Unterseite des Strangs 1, Q_u, gleich sind und daher die thermischen Spannungen minimiert werden, das Phasenumwandlungsverhalten symmetrisch verläuft und letztlich eine Deformation des Strangs 1 verhindert wird. Es gilt somit: $${\text{Q}}_{\text{o}}={\text{Q}}_{\text{u}}$$

  
• Die Vorteile der Strangkühlung in Hinsicht auf die Verbesserung der Produkteigenschaften können somit genutzt werden, ohne die nachteiligen Folgen durch einen asymmetrischen Abkühlvorgang in Kauf nehmen zu müssen. Durch den Anschluss eines Werkstoffmodells zur Bestimmung einer notwendigen Temperaturführung oder der Bestimmung einer notwendigen Abkühlgeschwindigkeit zum Erreichen bestimmter Werkstoffeigenschaften lässt sich dann die gesamte abzuführende Wärmemenge Q vorgegeben werden, wobei gilt: $$\text{Q}={\text{Q}}_{\text{o}}+{\text{Q}}_{\text{u}}=2{\text{Q}}_{\text{o/u}}$$

  
• In der oben beschriebenen Stranggießanlage wird somit ein kombiniertes Regelungssystem 12 zur Beeinflussung der Gefügeeigenschaften geschaffen, das die Kühlung des Gießstrangs 1 so reguliert, dass auf der Ober- und der Unterseite vor der Starkkühlvorrichtung 7 die gleichen Temperaturen herrschen, und das die Beaufschlagung des Gießstrangs 1 mit Kühlmittel so steuert, dass die Temperaturdifferenz auf der Ober- und Unterseite zwischen dem Eingang und dem Ausgang aus der Starkkühlvorrichtung 7 nahezu identisch sind.
• Das kombinierte Regelungssystem wird ebenso zur Regelung solcher vorgegebener Temperaturunterschiede verwendet, die zwischen der Ober- und der Unterseite vor dem Eintritt des Gießstrangs 1 in die Starkkühlvorrichtung 7 bestehen, wie für vorgegebene, unterschiedliche Temperaturdifferenzen, die innerhalb des Wirkungsbereichs der Starkkühlvorrichtung 7 eingestellt werden.
• Das Regelungssystem übernimmt die gemeinsame Regelung des Abkühlvorgangs im Bereich der Sekundärkühlvorrichtung 4 und der Starkkühlvorrichtung 7 in einer Stranggießanlage. Dabei ist die Starkkühlvorrichtung 7 im Anschluss an die Sekundärkühlvorrichtung 4, aber noch vor Maschinenelementen angeordnet, die dem Walzprozess dienen.
• Das Regelungssystem übernimmt die Regelung der Sekundärkühlung und der Starkkühlung, auch wenn die Starkkühlvorrichtung 7 hinter einer den Strang 1 trennenden Einheit angeordnet ist. In diesem Fall gelten alle oben gemachten Angaben in Hinblick auf den Strang 1 genauso für die abgetrennten Brammen.
• Die Abkühlungen des Stahlstrangs 1 reichen aus, um alternativ im gesamten Stahlvolumen oder nur in oberflächennahen Bereichen eine vollständige oder teilweise Umwandlung des Stahlgefüges zu verursachen. Das Regelungssystem kann mit einem Simulator ausgestattet sein, um durch eine geeignete Simulation Abkühlraten oder Temperaturdifferenzen vorzugeben, die durch die Starkkühlung erreicht werden können, um die gewünschten Materialeigenschaften einzustellen.
• Die Regelung benutzt ein Werkstoffmodell zur Vorhersage der Gefügeeigenschaften und berechnet hieraus die notwendige Kühlleistung.
• Bezugszeichenliste

1

Gießstrang

2

Segmente

3

Segmente

4

Sekundärkühlvorrichtung

5

Sprühdüsen

6

Sprühdüsen

7

Starkkühlvorrichtung

8

Kühlsegmente

9

Kühlsegmente

10

Sprühdüsen

11

Sprühdüsen

12

Regelungssystem

13

Regeleinheit

14

Regeleinheit

15

Temperaturmessvorrichtung

16

Temperaturmessvorrichtung

17

Temperaturmessvorrichtung

18

Temperaturmessvorrichtung

Claims (10)

1. Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs (1) in einer Stranggießanlage mit einer Sekundärkühlvorrichtung (4) und einer ersten Regelungseinheit (13) zur Regelung der Temperatur in der Sekundärkühlvorrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) zusätzlich in einer der Sekundärkühlvorrichtung (4) nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung (4) angeordneten Starkkühlvorrichtung (7) gekühlt wird, wobei der Gießstrang (1) in der Sekundärkühlvorrichtung (4) derart gekühlt wird, dass er auf seiner Ober- und Unterseite mit derselben Temperatur in die Starkkühlvorrichtung (7) eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) in der Sekundärkühlvorrichtung (4) derart gekühlt wird, dass er mit einer über seine gesamte Breite und auf beiden Seiten in Breitenrichtung gleichen Temperatur in die Starkkühlvorrichtung (7) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) innerhalb der Starkkühlvorrichtung (7) mittels einer zweiten Regelungseinheit (14) gleichmäßig an beiden Seiten und gleichmäßig über die gesamte Breite des Gießstrangs (1) abgekühlt wird.
4. Stranggießanlage mit einer ersten Regelungseinheit (13) zur Regelung der Temperatur in der Sekundärkühlvorrichtung (4) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Regelungseinheit (14) zur Regelung der Temperatur des Gießstrangs (1) in einer der Sekundärkühlvorrichtung (4) nachgeordneten oder innerhalb der Sekundärkühlvorrichtung (4) angeordneten Starkkühlvorrichtung (7) aufweist.
5. Strangggießanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Regelungseinheiten (13, 14) zu einem gemeinsamen Regelungssystem (12) zusammengefasst sind und dass die Kühleinheiten (2, 3; 8, 9) in der Sekundärkühlvorrichtung (4) und der Starkkühlvorrichtung (7) in Hinblick auf die Beaufschlagung des Gießstrangs (1) mit einem Kühlmittel aufeinander abgestimmt sind.
6. Stranggießanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Temperaturmessvorrichtungen (14, 15, 16, 17) vor und hinter der Starkkühlvorrichtung (7) sowohl auf deren Ober- wie ihrer Unterseite vorgesehen sind.
7. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (12) durch Abgleich der von den Temperaturmessvorrichtungen (14, 15, 16, 17) auf der Oberseite und der Unterseite jeweils gemessenen oder mittels eines Prozessmodells ermittelten Temperaturwerte an den jeweils gleichen Positionen, bezogen auf die Längsrichtung des Gießstrangs (1), einen Ausgleich der Temperaturen einstellt, wobei die erste Regelungseinheit (13) den Temperaturausgleich vor dem Eintritt in die Starkkühlvorrichtung (7) herstellt.
8. Stranggießanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regelungseinheit (14) die Beaufschlagung der Starkkühlvorrichtung (7) mit Kühlmittel vorgibt, wobei es die gleiche Temperaturdifferenz zwischen dem Einlauf und dem Auslauf der Starkkühlvorrichtung (7) auf der Oberseite wie auf der Unterseite einstellt.
9. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an das Regelungssystem (12) ein Werkstoffmodell einer bestimmten Metalllegierung zur Bestimmung einer notwendigen Temperaturführung anschließbar ist oder dass die Bestimmung einer notwendigen Abkühlgeschwindigkeit zum Erreichen vorgegebener Werkstoffeigenschaften vorgebbar ist.
10. Stranggießanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die insgesamt abzuführende Wärmemenge dem Regelungssystem (12) vorgebbar ist und dass das Regelungssystem (12) die Menge des von den Kühlvorrichtungen (4, 7) abzugebenden Kühlmittels entsprechend einstellt.

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