DE10242689B3

DE10242689B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Aufschmelzverfahrens von Gießpulvern beim Einsatz auf Stranggießanlagen

Info

Publication number: DE10242689B3
Application number: DE2002142689
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Vonderbank; Dirk Dipl.-Ing. Steinkemper
Original assignee: Stollberg GmbH
Current assignee: Imertech SAS
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-09-14

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Kontrolle des Aufschmelzverhaltens von Gießpulvern beim Einsatz auf Stranggießanlagen, bei dem ein Gleichgewicht zwischen aufschmelzendem und verbrauchtem Gießpulver herrscht. Um zu erreichen, die sich auf dem flüssigen Stahl einstellende flüssige Schlackenschicht sowie die darüber befindliche Sinter- und nicht aufgeschmolzene Pulverschicht so einzustellen, dass eine Mindesthöhe nicht unterschritten wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zunächst die Höhe der flüssigen Schlackenschicht auf dem Gießspiegel bestimmt wird und dass die so festgestellte Schlackenhöhe als Steuerungsparameter für die Gießpulverzufuhr verwendet wird. Eine entsprechende Vorrichtung weist wenigstens eine elektrisch gut leitende Elektrode (7, 8) auf, die mit elektrischem Strom oder Spannung beaufschlagbar ist und mit einer Auswertevorrichtung in Verbindung steht, wobei die Elektrode (7, 8) oberhalb der Kokille (6) von oben in die Stahlschmelze (1) eintaucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Aufschmelzverhaltens von Gießpulvern beim Einsatz auf Stranggießanlagen, bei dem ein Gleichgewicht zwischen aufschmelzendem und verbrauchtem Gießpulver herrscht sowie eine Vorrichtung zur Messung der Höhe der flüssigen Schlackenschicht auf dem Gießspiegel einer Stahlschmelze.
Beim Stranggießen, dem kontinuierlichen Herstellen einfacher Gussstücke wie Brammen, Dünnbrammen, Knüppel, Profile auf einer Stranggießanlage, wird die Metallschmelze in eine wassergekühlte Durchlaufform (Kokille) gegossen, wo sich eine erstarrte Schale bildet, die kontinuierlich abgezogen werden muss. Sie muss beim Verlassen der Kokille ausreichend fest sein, um den im noch flüssigen Inneren des Stranges vorhandenen ferrostatischen Druck sowie die beim Abziehen auftretenden Zug- und Biegebelastungen auszuhalten, bevor der Strang außerhalb der Kokille durch Besprühen mit Kühlwasser zum Durcherstarren gebracht wird.
Durch Zugabe von Gießpulver in die Kokille wird auf der Stahlschmelze eine Schicht von Gießpulverschlacke gebildet, die einen dünnen Schmierfilm zwischen der Kokille und der Strangschale bildet. Dadurch werden Beschädigungen der dünnen Schale beim Herausziehen aus der Kokille verhindert und hohe Gießgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min erreicht.
Dieses Stranggießen mit hohen Gießgeschwindigkeiten und hier besonders das Gießen von Vorblöcken, Knüppeln und Dünnbrammen macht bei Verwendung von Gießpulvern die automatische Überwachung der Abdeck- und Trennfunktion des Gießpulvers in der Kokille erforderlich.
Grundvoraussetzung für die Erzeugung eines Stranggießproduktes und zwar für alle Stranggießprozesse ist die Einhaltung zweier Faktoren: Es müssen optimale Bedingungen während der Erstarrung und optimale metallurgische Verhältnisse in der Kokille herrschen.
Den wesentlichen Beitrag hierzu leistet das Gießpulver, welches als Granulat oder in Pulverform auf die flüssige Badoberfläche aufgetragen wird.
Das Gießpulver übernimmt dabei eine Abdeck- und eine Trennfunktion, die nachfolgend näher beschrieben werden.
Abdeckfunktion:

– Thermische Isolierung am Meniskus des flüssigen Stahles zur Vermeidung frühzeitiger Erstarrung
– Abschirmung des flüssigen Stahles gegen Luftzutritt (Vermeidung der Reoxidation)
– Aufnahme von Des- und Reoxidationsprodukten aus dem flüssigen Stahl

Trennfunktion:

– Ausbildung eines Schmierfilmes, der das Anhaften an der Kokillenwand verhindert und den ungehinderten Transport des Stranges gewährleistet
– Regulierung des Wärmetransportes an die Kokillenwand

Die für die Erschmelzung des Gießpulvers notwendige Energie liefert dabei die freie Badoberfläche. Die Aufschmelzrate, das heißt die je Zeiteinheit aufschmelzende Schlackenmenge, wird im wesentlichen bestimmt durch den Kohlenstoffgehalt des Gießpulvers. Für konstante Gießverhältnisse stellt sich ein Fließgleichgewicht zischen aufschmelzendem und verbrauchtem Gießpulver ein.
Die Stranggießpulver müssen so gewählt sein, dass sie den prozesstechnischen Anforderungen im Hinblick auf das Schmierverhalten und auf das Isolationsverhalten in der Kokille entsprechen. Nur die Einstellung und Einhaltung definierter Zustände in der Kokille gewährleisten eine störungsfreie Produktion und eine gute Oberflächenqualität.

Heutzutage werden verschieden Parameter für die Kontrolle des Gießprozesses herangezogen, wie beispielsweise

– Temperaturmessung des Eintrittswassers in die Kokille
– Temperaturmessung des Austrittswassers aus der Kokille
– Bestimmung des ΔT in der Kokille
– Bestimmung der Wärmeströme in Breit- und Schmalseiten der Kokille
- Bestimmung der aktuellen Lage des Badspiegels

Unabhängig von der Art der Stranggießmaschine stellt sich ein Gleichgewicht zwischen aufschmelzendem und nachfließendem Gießpulver auf der Badoberfläche in der Kokille ein. Jedwede Störung dieses Gleichgewichtes durch beispielsweise Änderung der Gießgeschwindigkeit, des Formates, Badspiegelschwankungen oder Eingriffe des Operators führt zu erheblichen Störungen im Gießprozess, im schlimmsten Falle zu Durchbrüchen und/oder zu erheblichen Strangfehlern und damit zu enormen wirtschaftlichen Verlusten.

Heutzutage ist es nicht möglich, die Schichtdicke der flüssigen Phase des Gießpulvers zuverlässig und reproduzierbar zu bestimmen und als Regelgröße in den Gießprozess einfließen zu lassen. Damit ist auch eine Kontrolle der Schmierung in der Kokille sowie der Wärmeabfuhr bislang nicht möglich. So führen lokale Veränderungen in der Schlacken und/oder Pulverhöhe zu Störungen im Abdeckverhalten sowie in der Trennfunktion.

Bekannt ist lediglich ein Verfahren zur Ermittlung der Schlackenhöhe, bei dem zwei Drähte, einer aus Stahl, der andere aus Kupfer, in die Kokille in den flüssigen Stahl getaucht werden (Rama Bommaraju „Optimum Selection and Application of Mold Fluxes for Carbon Steels", 1991 Steelmaking Conference Proceedings, S. 142). Hierbei schmilzt der Stahldraht bei Kontakt mit dem flüssigen Stahl auf, bleibt aber in der flüssigen Schlackenphase des Gießpulvers erhalten. Der Kupferdraht schmilzt sowohl im Stahl als auch in der flüssigen Schlackenphase auf. Der Unterschied in der Länge der beiden Drähte ergibt die Höhe der flüssigen Schlackenphase. Es ist schnell ersichtlich, dass dieses Messverfahren sehr ungenau ist und keine reproduzierbaren Ergebnisse liefert.

Davon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, die sich auf dem flüssigen Stahl einstellende flüssige Schlackenschicht sowie die darüber befindliche Sinter- und nicht aufgeschmolzene Pulverschicht so einzustellen, dass eine Mindesthöhe nicht unterschritten wird. Insbesondere soll einer Vorerstarrung der Brammen/Knüppel im Gießspiegel vorgebeugt sowie eine gute Schmierung bei minimierter Reibung zwischen Strang und Kokille gewährleistet und eine definierte Isolation und damit Oberflächenausbildung garantiert werden, um Strangfehler im Gießprodukt und im schlimmsten Fall Durchbrüche zuverlässig zu vermeiden.

Verfahrensmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass zunächst die Höhe der flüssigen Schlackenschicht auf dem Gießspiegel bestimmt wird und dass die so festgestellte Schlackenhöhe als Steuerungsparameter für die Gießpulverzufuhr verwendet wird.

Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung wenigstens eine Elektrode aufweist, die mit einer elektrischen Spannung bzw. Strom beaufschlagbar ist und mit einer Auswertevorrichtung in Verbindung steht und dass die Elektrode oberhalb der Kokille einer Stranggießanlage derart angeordnet ist, dass sie von oben in die Stahlschmelze eintauchen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, Störungen im Schmierverhalten zwischen Strangschale und Kokille vorherzusagen, um ein Anhaften des Stranges and der Kokillenwand zu verhindern, die Wärmeabfuhr zu regulieren und damit Oberflächendefekte und/oder Durchbrüche zu verhindern. Durch die Erkennung einer unzureichenden Isolationswirkung kann beispielsweise eine vorzeitige Erstarrung oder Oxidation des Stahles zuverlässig vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung wird vor Erreichung einer definierten Mindesthöhe der flüssigen Schlackenschicht Gießpulver auf den Gießspiegel gegeben.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Bestimmen der Höhe der flüssigen Schlackenschicht eine Messvorrichtung von oben in die Stahlschmelze eintaucht und die unterschiedliche Leitfähigkeit von loser Pulverschüttung, Gießpulverschlacke und flüssigem Stahl misst. Hierbei kann das Eintauchen mit einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit und einem Weggeber oder aber mittels einer über einen Weg-Zeitgeber gesteuerten Verfahrgeschwindigkeit erfolgen.

Für die Messvorrichtung kann eine einzige, eletrisch gut leitende Elektrode vorgesehen sein, welche mit elektrischer Spannung bzw. elektrischem Strom beaufschlagt wird, und bei der die Messungen gegenüber Masse erfolgen, oder es können auch zwei Elektroden vorgesehen sein, zwischen denen sich die induzierte Spannung beim Übergang der unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisenden Schichten entsprechend ändert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen, lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Figur beschrieben. Dort ist der Meniskusbereich einer Stranggießanlage schematisch dargestellt.
Auf der flüssigen Stahlschmelze 1 bildet sich die aufgeschmolzene Gießpulverschlacke 2, bedeckt von einer Sinterschicht 3 sowie unaufgeschmolzenem Gießpulver 4.
Der erstarrte Teil des Gießpulvers, der Schlackenrand 5, haftet an der Kokillenwand 6.
Durch das Eintauchen von zwei Elektroden 7, 8 mit bekannter, bevorzugt konstanter Geschwindigkeit ändert sich zunächst eine induzierte Spannung beim Übergang von festem Gießpulver 4 in die Gießpulverschlacke 2 auf Grund der unterschiedlichen Leitfähigkeiten. Eine weitere Änderung der induzierten Spannung wird erreicht beim Eintritt in den flüssigen Stahl 1. Durch die Kenntnis der Verfahrgeschwindigkeit der Elektrode/n lässt sich in einer nur angedeuteten Messvorrichtung 9 durch Messung der Zeit zwischen den konkreten Änderungen der induzierten Spannung die Höhe der flüssigen Gießpulverschlacke 2 errechnen.
Die erfinderische Lösung ermöglicht, dass bei Unter- oder Überschreitung bestimmter Minimal- oder Maximalwerte für die Schlackenschichtdicken die Stranggießanlage automatisch angesteuert werden kann. Mit entsprechenden Regeleinrichtungen kann dies vollautomatisch erfolgen. Erfindungsgemäß kann die gemessene Schlackenhöhe auch als Regelgröße auch für die Abschätzung von Strangfehlern oder von Störungen während des Gießprozesses verwendet werden, wenn kritische Werte gemessen werden.
Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einer stabilen und kontrollierten Wärmeabfuhr in der Kokille, die wiederum eine optimale und kontrollierte Strangschalenbildung auch bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten nach sich zieht. Hierdurch werden fehlerfreie Strangoberflächen erzeugt und die Gießsicherheit wesentlich erhöht.

Claims

Verfahren zur Kontrolle des Aufschmelzverhaltens von Gießpulvern beim Einsatz auf Stranggießanlagen, bei dem ein Gleichgewicht zwischen aufschmelzendem und verbrauchtem Gießpulver herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Höhe der flüssigen Schlackenschicht auf dem Gießspiegel bestimmt wird und dass die so festgestellte Schlackenhöhe als Steuerungsparameter für die Gießpulverzufuhr verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen einer definierten Mindesthöhe der flüssigen Schlackenschicht Gießpulver auf den Gießspiegel gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Höhe der flüssigen Schlackenschicht eine Messvorrichtung von oben in die Stahlschmelze eintaucht und die unterschiedliche Leitfähigkeit von loser Pulverschüttung, Gießpulverschlacke und flüssigem Stahl misst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mit einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit der Messvorrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mittels einer über einen Weg-Zeitgeber gesteuerten Verfahrgeschwindigkeit erfolgt.
Vorrichtung zur Messung der Höhe der flüssigen Schlackenschicht auf dem Gießspiegel einer Stahlschmelze zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine elektrisch gut leitende Elektrode (7, 8) aufweist, die mit elektrischem Strom oder mit elektrischer Spannung beaufschlagbar ist und mit einer Auswertevorrichtung in Verbindung steht und dass die Elektrode (7, 8) oberhalb der Kokille (6) einer Stranggießanlage derart angeordnet ist, dass sie von oben in die Stahlschmelze (1) eintauchen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden (7, 8) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (7, 8) aus Stahl besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (7, 8) aus Graphit besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verfahren der Elektrode/n (7, 8) mit einem Weg-Zeitgeber gekoppelt ist.