DE19614760A1

DE19614760A1 - Verfahren zur Optimierung der Strangoberflächenqualität

Info

Publication number: DE19614760A1
Application number: DE19614760A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter P Pleschiutschnigg; Lothar Dipl Ing Parschat; Hans Guenter Dipl Ing Thurm; Hans Uwe Dipl Ing Franzen; Gerd-Joachim Dr Rer Nat Deppe
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-10-09
Also published as: AU722408B2; ATE201623T1; BR9708495A; UA44840C2; JP3130053B2; DE59703679D1; EP0907442A1; RU2163856C2; CN1215357A; EP0907442B1; CN1072067C; AU2885797A; JPH11513936A; ES2157072T3; CA2250871A1; WO1997036706A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Strangoberflächenqualität von in einer Gießanlage erzeugten Stahlsträngen.

Beim Gießen von Stahlsträngen in kontinuierlichen Gießanlagen wird der Strang im allgemeinen mit einer konstanten Abzugsgeschwindigkeit ausgefördert. Das Niveau des Gießspiegels in der Kokille wird durch Regelung des Zulaufes der Schmelze aus dem Verteiler konstant gehalten. Einige Gießanlagen, insbesondere Knüppel- oder Bloomanlagen, gießen mit konstantem Zulauf der Schmelze aus dem Verteiler und regeln das Niveau in der Kokille durch Veränderung der Strangabzugsgeschwindigkeit. Diese beiden Maßnahmen sind dem Fachmann derart geläufig, daß es eines besonderen Literaturnachweises nicht bedarf.

In beiden vorgenannten Fällen, im ersten etwas einfacher als im zweiten, werden zur Feststellung von Anomalien im Umfeld der Kokille Versuche zur Messung der Reibungsverhältnisse zwischen Strang und Kokille gemacht. Diese Messungen sind so aufgebaut, daß die für die Kokillenbewegung erforderliche Kraft während des Gießens gemessen und den im Leerlauf auftretenden Kräften gegenübergestellt wird. Dabei werden bisher sowohl mechanisch als auch hydraulisch angetriebene Kokil len-Oszillationsantriebe verwendet und untersucht. Für einen mechanischen Kokillenantrieb sind derartige Systeme aus "Concast Standard News", Volume 30, 1/1991, Seite 4 bis 5, bekannt.

Ein geeignetes hydraulisches Kokillenantriebssystem ist aus der DE 35 43 790 C2 bekannt.

Hinsichtlich der Ausbildung und Qualität der Strangoberfläche ist es bekannt (s. zum Beispiel "Stahl u. Eisen" 108 (1988) Nr. 3, Seiten 1125 bis 1127), daß bei oszillierenden Stranggießkokillen dem zur Anwendung gelangenden Gießpulver zur Bildung eines Schmierfilms zwischen Kokillenwand und Strangschale eine große Bedeutung zukommt. Man hat daher auch versucht (Stahl und Eisen 107 (1987) Nr. 14, 15, Seite 673 bis 677) Aufschluß über das Verhalten des Stranges in der Kokille durch Messung der Ausziehkraft beim Anfahrvorgang zu erhalten. Hierzu wurde eine entsprechend ausgebildete Kraftmeßeinrichtung in den Kaltstrang eingebaut. Dieses Verfahren eignet sich natürlich nur für eine Überprüfung während des Anfahrvorganges. Während der eigentlichen Betriebsphase ist die Anwendung dieser Meßmethode nicht möglich.

Da für die Ausbildung der Strangoberfläche neben der Art der Schmierung zwischen Kokille und Strangschale auch Veränderungen innerhalb der Kokille, z. B. hervorgerufen durch Oszillationsparameter (Hubhöhe, Hubfrequenz, Kurvenform) sowie die Stahlgüte selbst, die Strangabzugsgeschwindigkeit, die Kühlbedingungen sowie die Stahltemperatur und auch die Art der Strangführung, insbesondere beim Gießwalzen von Bedeutung sind, lassen sich allein aus einem Vergleich der Kokillenoszillationsverläufe im Leerbetrieb gegenüber dem Gießbetrieb keine unmittelbaren Schlüsse ziehen, die geeignet wären in den Gießbetrieb unmittelbar einzugreifen.

Bei all diesen Betrachtungen wird die Stranggeschwindigkeit in der Kokille als gleichförmige Geschwindigkeit angenommen, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß auch der Strangabzug mittels gleichförmig umlaufender Walzen bewerkstelligt wird. Die tatsächliche Stranggeschwindigkeit wird jedoch durch die Reibungsverhältnisse in der Kokille wesentlich beeinflußt. Dies ist an einer, zeitweise mit bloßem Auge zu sehenden Auf- und Abbewegung des Stranges erkennbar (s. Stahl und Eisen (1987), Nr. 14, 15, Seite 673 bis 677. Aus DE 38 06 583 A1 ist es bekannt, den Bewegungsablauf des Stranges in einem Bereich möglichst unmittelbar nach Verlassen der Kokille zu erfassen, wobei die Meßsignale durch eine Diodenzeilenkamera einer Auswerteeinheit oder einer Anzeigeeinheit zugeführt werden. Das aus dieser Schrift bekannte Verfahren dient dazu, Eigenschwingungen des Stranges oder der Anlage zu berücksichtigen und die Fahrweise der gesamten Anlage so einzustellen, daß kritische Bereiche vermieden werden.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Verbesserung der bekannten Meßmethoden zu finden, die eine unmittelbare Einflußnahme auf steuerbare Betriebsparameter zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit erlaubt.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale der im Hauptanspruch angegebenen Verfahrensschritte. Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird der tatsächliche Weg des Stranges und damit der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit gemessen. Die hieraus gewonnene tatsächliche Relativgeschwindigkeit wird dann mit anderen, ebenfalls erfaßten Einflußgrößen verglichen und mit einem geeigneten Korrelationsverfahren, im wesentlichen mit multipler Einflußgrößenrechnung, untereinander in Beziehung gebracht. Das Meßverfahren liefert als Urinformation den zeitlichen Verlauf des Strangweges. Durch Differenzbildung mit einem gemittelten Weg wird der zeitliche Verlauf des Relativweges bzw. der Relativgeschwindigkeit zum Nominalweg bzw. zur Nominalgeschwindigkeit gebildet. Aus der Abweichung vom Ist- und Sollwert wird ein Steuersignal zur Änderung der Gießpulverzusammensetzung im Sinne einer Herabsetzung des Reibungsbeiwertes und/oder der Kokillenoszillation gebildet.

Durch Verknüpfung mit der Zylinderkraft des Antriebs wird die Reibarbeit bzw. die Reibleistung im Antriebssystem Kokillenhubtisch bestimmt, und Einflußgrößen werden entsprechend den gegebenen Zielgrößen optimiert.

Durch die One-line-Messung wird unter Verwendung der gefundenen Korrelationsbeziehungen ein geschlossener Regelkreis aufgebaut und Einfluß auf die Zielgröße "Oberflächenkontur" z. B. Gießmarkentiefe und Gießmarkenabstand genommen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Signal zur Änderung der Kokillenoszillation einer Steuereinheit des Oszillationsantriebes in der Weise aufgeschaltet, daß der von der Kokille auf den Strang übertragene Bewegungsimpuls möglichst gering ist oder nahe am Wert Null liegt. Als Meßwert wird vorgeschlagen, beim hydraulischen Antrieb den aus dem Differenzdruck im Hydraulikzylinder zwischen Leerlauf und Betriebszustand gebildeten Meßwert zu verwenden. Einer mechanischen Anlage kann dieser Wert durch eine Kraftmeßzelle gewonnen werden.

Einfluß auf den Reibwert wird im hohen Maße von der Strangschmierung genommen. Erfindungsgemäß soll bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert das Gießpulver in der Weise geändert werden, daß der Reibungsbeiwert herabgesetzt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, das Mischungsverhältnis verschiedener Gießpulver zueinander zu verändern und ggf. Einfluß auf den Aggregatzustand des Gießpulvers in der Weise zu nehmen, daß es durch Vorwärmung zumindest erweicht und u. U. verflüssigt wird, bevor es der in der Kokille befindenden Schmelze zugeführt wird.

Ein Beispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnung dargelegt. Es zeigt

Fig. 1 die prinzipielle Aufschaltung,

Fig. 2 einen typischen Ausdruck und

Fig. 3 die Variationen der Wegkurven des Stranges.

Die Fig. 1 zeigt einen Strang 11, der eine Kokille 12 verlassend von Rollen 14 geführt wird.

Die Kokille 12 ist mit einer Gießpulverzuführung verbunden, welche über Absperrungen 16 an Gießpulverbehälter 15 angeschlossen ist. Die Gießpulverzuführung 17 ist darüber hinaus durch eine Aufheizeinrichtung 18 geführt.

An der Schmalseite des Stranges 11 ist ein Sensor vorgesehen, hier eine Diodenzeilenkamera, die die Diodenzeilen des Stranges erfaßt, wobei die Kamera in ihrer Ausrichtung mit der Gießrichtung übereinstimmt.

Die Diodenzeilenkamera 21 ist über eine Meßleitung 28 mit der Meßaufnahme 22 für die Strangbewegung bezüglich Strecke 24 und Geschwindigkeit 23 verbunden.

Die Signale bezüglich der Änderung der Stranggeschwindigkeit und des Strangweges werden einem Rechner 26 und ggf. einem Anzeigegerät 25, ggf. einem Drucker, zugeführt.

Dem Rechner 26 werden darüber hinaus weitere Parameter 27 aufgeschaltet.

Auf der Ausgangsseite ist der Rechner 26 über eine Steuerleitung 31 mit einem Steuerbauteil 32 mit Aktuatoren 16 regelmäßig Absperrschieber der Gießpulverbehälter 15 sowie über ein Steuerbauteil 33 mit der Aufheizeinrichtung 18 für das Gießpulver verbunden.

Über eine Steuerleitung 34 ist der Rechner 26 auch noch mit einem Steuerbauteil 35 zur Steuerung der Oszillation 13 verknüpft.

Die Fig. 2 zeigt einen typischen Ausdruck erfaßter Meßsignale. Im oberen Teil ist ein Ausschnitt der mittleren Geschwindigkeit der Kokille aufgezeigt, die im gegebenen Beispiel entsprechend einer Sinuskurve schwingt.

Darunter ist zum einen die mittlere Stranggeschwindigkeit des Gesamtstranges aufgezeigt und davon überlagert die im Bereich unmittelbar unterhalb der Kokille aufgezeigte Istgeschwindigkeit des Stranges. Deutlich zu erkennen ist das in Abhängigkeit der Reibung und ggf. kurzzeitigen Anklebens der Strangschale an der Innenwandung der Kokille des Stranges in der Nähe der Kokille. Die darunter aufgeführte Sinuskurve zeigt den Istweg der Kokille. Darunter ist der tatsächliche Weg des Stranges in Nähe der Kokille aufgezeigt.

Sowohl bei der Aufnahme der Stranggeschwindigkeit wie des Strangweges handelt es sich um Meßwerte und nicht um errechnete Werte. Die dargestellte Kurve ist ein Beispiel und zeigt charakteristische Istformen mit auswertbaren Punkten. Aus der Anordnung der Minima, Maxima und der Wendepunkte ist dem Fachmann die Möglichkeit gegeben, Rückschlüsse auf das tatsächliche Verhalten der Strangschale in der Kokille zu ziehen. Zur Beurteilung verwendet er die Position des Stranges zu den Zeitpunkten T mit den Kurvenformen bei den Punkten A. Die Strecke S ist hierbei die direkte Ableitung der Geschwindigkeit V.

Die Fig. 3 zeigt Variationen des Strangweges. Zu beachten sind hier die Krümmungsradien der einzelnen Kurven bei den Punkten A sowie ggf. vorhandene Richtungswechsel. Durch Einflußnahme auf die Oszillation der Kokille und das Gießpulver wird Einfluß auf die Ausgestaltung des Istweges des Stranges genommen.

Claims

1. Verfahren an einer Gießanlage zur Erzeugung von Strängen, insbesondere von Stahlsträngen, bei dem flüssiges Metall in eine Durchlaufkokille eingeführt und im teilerstarrten Zustand aus der Kokille abgezogen wird, der Bewegungsablauf des Stranges in einem Bereich möglichst unmittelbar nach Verlassen der Kokille erfaßt wird, das Erfassen des Bewegungsablaufs berührungslos und verzögerungsfrei durch auf Strahlung ansprechende Sensoren erfolgt und die Sensoren derart ausgelegt und angeordnet sind, daß sie ein auswertbares Meßsignal über das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte,

a) die Gießspiegeloberfläche wird mit einem eine flüssige Schlacke bildenden Gießpulver zur Erzeugung eines Schmierfilmes zwischen Strangschale und innerer Kokillenwand abgedeckt,
b) ein die Reibung zwischen Strangschale und Kokillenwand charakterisierender Meßwert wird in der Oszillationseinrichtung erfaßt und der als Rechner ausgebildeten Auswerteinheit zugeführt,
c) das das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges charakterisierende Meßsignal wird ebenfalls dem Rechner zugeführt,
d) im Rechner werden die Meßwerte bzw. Signale aus dem Weg-Zeit-Ver halten des Stranges und der Reibung des Stranges in der Kokille zu vergleichbaren Größen korreliert und verknüpft und mit einem Sollwert verglichen, wobei
e) der Sollwert als Mittelwert der Stranggeschwindigkeit aus dem Weg-Zeit-Ver halten des Stranges gebildet ist,
f) aus der Abweichung von Ist- und Sollwert wird ein Signal zur Änderung der Gießpulverzusammensetzung im Sinne einer Herabsetzung des Reibungsbeiwertes und/oder der Kokillenoszillation gebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur Änderung der Kokillenoszillation einer Steuereinheit des Oszillationsantriebes derart aufgeschaltet wird, daß der von der Kokille auf den Strang übertragene Bewegungsimpuls möglichst gering ist oder nahe am Wert Null liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reibung des Stranges in der Kokille charakterisierende Meßwert bei hydraulischem Antrieb der Kokillenoszillationseinrichtung aus dem Differenzdruck im Hydraulikzylinder zwischen Leerlauf und Betriebszustand gebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reibung des Stranges in der Kokille charakterisierende Meßwert bei mechanischem Antrieb einer im Oszillationsgestänge angeordneten Kraftmeßzelle entnommen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis verschiedener Gießpulver zueinander verändert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aggregatzustand des Gießpulvers vor seinem Kontakt mit dem flüssigen Metall in der Kokille verändert wird, z. B. Erweichen oder Verflüssigen durch Zufuhr von Wärmeenergie.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges optisch durch eine seitlich neben dem Strang an seiner Schmalseite angeordnete Diodenzeilenkamera, die in ihrer Ausrichtung mit der Gießrichtung übereinstimmt, erfaßt wird.