DE19830265A1 - Verfahren zum Optimieren der Öffnungsrate von Stahlgießpfannen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Erhöhen der Öffnungsrate des Ausgußsystems von Stahlgießpfannen, bei dem in Abhängigkeit vom Verschleiß der Auskleidung der Stahlgießpfanne die tatsächliche Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Ausgießkanals erfaßt, der Zustand des Ausgießkanals ermittelt und das Einbringen des Schieberfüllsandes in den Ausgußkanal in Abhängigkeit von den Meßdaten gesteuert wird, wobei zusätzlich noch der Zustand des Austrittsendes des Füllrohres für den Schieberfüllsand ermittelt und dessen Austrittsöffnung in Abhängigkeit dieser Ermittlung in eine geeignete Position oberhalb des Ausgußkanals gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten des an seinem unteren Ende durch einen Schieber verschließbaren Ausgußkanals einer Stahlgießpfanne für einen neuen Angießvorgang, wobei der Ausgußkanal über dem in Schließstellung befindlichen Schieber durch ein über dem Ausgußkanal positionierbares Füllrohr mit einem rieselfähigen Schieberfüllsand befüllt und oberhalb des Ausgußkanals noch eine Anhäufung dieses Schieberfüllsandes angeschüttet wird.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist bekannt. Es ist dort gebräuchlich, wo ein mit einer Metallschmelze gefüllter Behälter über eine Ausgußöffnung im Boden entleerbar ist, die von der Außenseite des Behälters her durch einen Schiebermechanismus verschließbar ist. Würde man den Behälter ohne Verwendung des Schieberfüllsandes mit Metallschmelze -befüllen, würde diese über den Ausgußkanal in den Mechanismus des geschlossenen Schiebers gelangen, dort erstarren und den Schiebermechanismus blockieren. Der Schiebermechanismus wird daher durch einen rieselfähigen Sand geschützt, mit dem nicht nur der Ausgußkanal angefüllt sondern überdies über dem Ausgußkanal noch eine bestimmte Anhäufung angeschüttet wird. Der eingesetzte Schieberfüllsand hat die Eigenschaft, bei Berührung mit der Metallschmelze an der Oberfläche der Anhäufung zusammenzusintern und so eine kuppelförmige Schale zu bilden, auf der der statische Druck der Metallschmelze ruht und welche auf der anderen Seite durch den noch berieselfähigen Schieberfüllsand unterstützt wird. Bei Öffnen des Schiebers fließt dieser Sand aus dem Ausgußkanal ab, worauf die gesinterte Kuppel unter dem Druck der Schmelze zusammenbricht und der Ausgießvorgang eingeleitet wird.

Diese Automatik funktioniert jedoch nicht immer. Dafür sind verschiedene, zum Teil noch unerforschte Umstände verantwortlich. Müssen in solchen Fällen Hilfsmaßnahmen zum Öffnen des Ausgußkanals eingeleitet werden, wird in der Regel zumindest ein Teil der im Behälter befindlichen Schmelze in seiner Qualität beeinträchtigt, wodurch ein minderwertiges Erzeugnis oder sogar Ausschuß produziert wird.

Weltweit werden tatsächlich nur automatische Schieberöffnungsraten von etwa 55 bis 75% erreicht. Die Ursache hierfür liegt darin, daß in vielen Stahlwerken dass Sandgemisch oft noch manuell sackweise auf den Ausgußkanal geworfen wird. Dadurch kann der Sand nicht gezielt in den Ausgußkanal gelangen. Aber selbst in modernen Stahlwerken, in denen der Schieberfüllsand durch ein positionsgeführtes Füllrohr in den Ausgußbereich gebracht wird, werden in der Regel nur Öffnungsraten von etwa 98% erreicht. Allein im Inland müssen dadurch etwa 500 Schmelzfüllungen pro Jahr mit bis zu 240 t je Füllung in ihrer Qualität abgewertet werden. Daraus resultiert ein volkswirtschaftlicher Schaden in Höhe von etwa 20 bis 25 Millionen DM pro Jahr.

Die Anforderungen an ein funktionsfähiges Schieberöffnungssystem für Stahlgießpfannen haben sich noch dadurch erhöht, daß heutzutage die Einstellung der endgültigen chemischen Zusammensetzung einer Stahlschmelze nach den Methoden der Sekundärmetallurgie in der Stahlgießpfanne vorgenommen wird. Die Stahlgießpfanne wird unabhängig von der endgülligen Gießtemperatur mit Rohstahl von ca. 1700°C gefüllt. Die endgültige Legierung, die Behandlung des Stahls und das Aufheizen und Abkühlen des Stahls zur Erzielung der vorgegebenen Gießtemperatur erfolgt in der Stahlgießpfanne. Durch diese Behandlungsmethode erhöht sich die Verweildauer des Stahles in der Stahlgießpfanne von früher ca. 15 Minuten auf heute ca. 1,5 bis 2 Stunden, in Extremfällen sogar bis zu 8 Stunden bei Temperaturen von bis zu 1840°C. Diese langen Verweilzeiten des Stahles in der Gießpfanne bleibt nicht ohne Einfluß auf die kuppelbildende Füllung des Ausgußkanals mit Schieberfüllsand. Die Anforderungen an die Stahlqualitäten sind heutzutage derart hoch, daß das Abgießen sogar unter Luftabschluß erfolgt, um eine Reoxidation, Aufkohlung und Aufstickung des Stahles zu vermeiden. Um so nachteiliger sind auch Qualitätsbeeinträchtigungen, die durch ein nicht selbsttätiges Öffnen des Ausgußkanales entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die selbsttätige Öffnungsrate der Abgießsysteme von Stahlgießpfannen zu verbessern.

Der rauhe Betrieb im Stahlwerk und die hohen in den Stahlgießpfannen ständig herrschenden Temperaturen erschweren diese Aufgabe, weil es unter derartigen Bedingungen auch nur begrenzt möglich ist, die erforderlichen Parameter zu erfassen.

Es konnte jedoch ermittelt werden, daß neben einer geeigneten Zusammensetzung des Schieberfüllsandes, die nach derzeitigem Stand in der Regel ein Chromerz-Quarzsandgemisch ist, dem Kohlenstoff in geringen Mengen und unterschiedlichen Zuständen, insbesondere als Graphit oder Ruß zugesetzt ist, auch die Art und Ausbildung der Anhäufung des Schieberfüllsandes in der Gießpfanne eine Rolle spielt. Wesentlich ist auch der Zustand des Ausgußkanals.

Stahlgießpfannen werden mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, die insbesondere im Bodenbereich der Pfanne bei Neuausführung eine Dicke von etwa 1 in aufweisen kann. Diese feuerfeste Auskleidung ist einem erheblichen Verschleiß unterworfen. Sie wird oft erst erneuert, wenn sie auf etwa 1/3 ihrer Dicke zurückgegangen ist. In dieser Bodenauskleidung der Gießpfanne ist der sog. Spülstein positioniert, der den Ausgußkanal enthält, und an dessen Unterseite das Schiebersystem zum Verschließen und Öffnen des Ausgußkanals angeordnet ist. Dieser Spülstein, dessen Oberseite bei Neuauskleidung der Gießpfanne in der Regel etwas unterhalb der ihn umgebenden feuerfesten Auskleidung liegt, ist ebenfalls im Laufe der Gießvorgänge einem erheblichen Verschleiß unterworfen, so daß die senkrechte Länge des Ausgußkanals mit zunehmendem Gebrauch der Pfanne abnimmt. Der Ausgußkanal weist im allgemeinen im oberen Bereich eine trichterförmige Ausbildung und im unteren Bereich eine zylindrische Ausbildung auf. Beim Verschleiß des Spülsteines nimmt die Höhe des trichterförmigen Abschnittes des Ausgußkanales ab. Hierdurch ändert sich nicht nur der Abstand zwischen dem Eintrittsquerschnitt des Ausgußkanales und einem nur auf eine feste Höhe über dem Ausgußkanal positionierbaren Füllrohr sondern auch die Menge an Schieberfüllsand, die erforderlich ist, um den Ausgußkanal zu füllen. Diesen Umständen trägt die Erfindung Rechnung.

Die gestellte Aufgabe wird in allgemeinster Form erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von einem festen Bezugspunkt oberhalb der Gießpfanne ausgehend mittels eines berührungsfreien Meßsystems die Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Gießkanals ermittelt und aufgrund dieser Ermittlung das Austrittsende des Füllrohres in einen vorbestimmten Abstand oberhalb des Eintrittsquerschnittes des Gießkanales gebracht wird.

Dieser Abstand ist nach den besonderen Gegebenheiten der betroffenen Gießpfanne zu ermitteln. Er kann in seiner allgemeinsten Breite zwischen 5 und 100 cm betragen, ein gängiger Abstand beträgt aber beispielsweise zwischen 15 und 20 cm. Bei einem derart geringen Abstand des Austrittsendes des Füllrohres von der Oberseite des Lochsteines, d. h. vom Eintrittsquerschnitt des Ausgußkanales ist ein maßgeblicher Verschleiß des Lochsteines, d. h. eine erhebliche Absenkung von dessen Oberfläche von Bedeutung. Es geht nicht nur darum, daß der Ausgußkanal für das Befüllen mit dem Schieberfüllsand genau getroffen wird, vielmehr ist auch die anschließende Anhäufung von Schieberfüllsand über dem Eintrittsquerschnitt des Ausgußkanales von Bedeutung. Bei der Ausbildung der Anhäufung kann es sogar zweckmäßig sein, das Austrittsende des Füllrohres langsam anzuheben. In einer bevorzugten Ausbildung sieht die Erfindung daher diese Maßnahme vor.

In Abhängigkeit der jeweiligen Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Ausgußkanales kann aufgrund der vorgenommenen Messung auch die Schieberfüllsandmenge dem veränderten Volumen des Ausgußkanales angepaßt und so dosiert werden, daß dennoch eine jeweils bestimmte Menge an Schieberfüllsand für dessen Anhäufung über dem Ausgußkanal eingesetzt wird.

Die Bestimmung der jeweiligen Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Ausgußkanales erfolgt zweckmäßigerweise mit einem Laserstrahlmeßgerät, welches in einer festen Position oberhalb der Gießpfanne angebracht ist. Durch diese Art der Messung werden die Schwierigkeiten des Zuganges zur Gießpfanne infolge der dort herrschenden hohen Temperaturen vermieden.

Diese Temperaturbedingungen bringen es mit sich, daß das Füllrohr für den Schieberfüllsand Verformungseinflüssen unterworfen ist, so daß seine Austrittsöffnung nach gewisser Zeit nicht mehr mit der ursprünglichen Achse des Füllrohres übereinstimmt. Das Austrittsende des Füllrohres kann sich verbiegen, so daß seine Austrittsöffnung nicht nur außerhalb der eigentlichen Achse des Füllrohres und somit außerhalb der Achse des Ausgußkanales liegt, durch Verbiegen des Füllrohres kann es auch geschehen, daß die Richtung der Austrittsöffnung sich leicht ändert. Erfindungsgemaß werden diese Veränderungen des Austrittsendes des Füllrohres in bevorzugter Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens ebenfalls erfaßt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch eine oberhalb der Gießpfanne angebrachte Rasterkamera und Bildanalyse. Aus Erfahrungswerten kann aufgrund dieser Messungen die Austrittsöffnung des Füllrohres in ihrer Positionierung so korrigiert werden, daß der aus dem Füllrohr austretende Schieberfüllsand genau in den Ausgußkanal trifft.

Die Positionierung des Füllrohres wird aufgrund der durchgeführten Messungen vorzugsweise durch automatische Antriebe vorgenommen, deren Bewegungsabläufe durch die Meßergebnisse gesteuert werden.

Eine wesentliche Voraussetzung für ein erfolgreiches Öffnen des Ausgußkanales einer Stahlgießpfanne ist jedoch, daß der Ausgußkanal vor Befüllen mit dem Schieberfüllsand frei ist, d. h. keine Fremdkörper wie etwa Teile der Feuerfestauskleidung der Gießpfanne, erstarrte Metallreste oder dergl. enthält. Im praktischen Betrieb ist dies durch die Bedienungsperson nur schwer zu kontrollieren. Die Erfindung sieht daher in weiter bevorzugter Ausführungsform vor, daß die Durchgängigkeit des Ausgußkanals vor dessen Befüllung mit Schieberfüllsand kontrolliert und der Befüllvorgang von dem Kontrollergebnis abhängig gemacht wird. Diese Kontrolle wird ebenfalls mit einer Rasterkamera und Bildanalyse durchgeführt. Es kann hier die gleiche oberhalb der Gießpfanne installierte Kamera verwendet werden, die auch die Form und Positionierung des Endes des Füllrohres überprüft.

Eine solche Kamera kann auch zum Überprüfen der Form der Anhäufung des Schieberfüllsandes über dem Ausgußkanal und zum Erfassen weiterer Betriebsparameter verwendet werden, aus denen in Verbindung mit dem Öffnungsergebnis weitere Rückschlüsse für eine optimale Vorbereitung des Ausgußkanales gezogen werden können.

Claims (9)

1. Verfahren zum Vorbereiten des an seinem unteren Ende durch einen Schieber verschließbaren Ausgußkanals einer Stahlgießpfanne für einen neuen Angießvorgang, bei dem (Verfahren) der Ausgußkanal über dem in Schließstellung befindlichen Schieber durch ein über dem Ausgußkanal positionierbares Füllrohr mit einem rieselfähigen Schieberfüllsand befüllt und oberhalb des Ausgußkanals noch eine Anhäufung dieses Schieberfüllsandes angeschüttet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von einem festen Bezugspunkt oberhalb der Gießpfanne ausgehend mittels eines berührungsfreien Meßsystems die Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Ausgußkanals ermittelt und aufgrund dieser Ermittlung das Austrittsende des Füllrohres in einen vorbestimmten Abstand oberhalb des Eintrittsquerschnittes des Ausgußkanales gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als berührungsfreies Meßsystem ein Laserstrahl-Reflexionsmeßsystem verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des Füllrohres in Abhängigkeit von dem durch das Meßsystem ermittelten Wert durch automatische Antriebsmittel erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch das Füllrohr abgegebenen Schieberfüllsandes in Abhängigkeit von der ermittelten tatsächlichen Höhenlage des Eintrittsquerschnittes des Ausgußkanals und somit des tatsächlichen Volumens des Ausgußkanals über dem Schieber dosiert wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Dosieren des Schieberfüllsandes durch berührungsfreie Erfassung die Gestalt des Austrittsendes des Füllrohres und insbesondere die Position von dessen Austrittsöffnung in einer horizontalen Ebene in Bezug auf die Achse des Ausgußkanals ermittelt und aufgrund des ermittelten Ergebnisses die Austrittsöffnung in eine Position nachgeführt wird, aus der heraus der austretende Schieberfüllsand möglichst unmittelbar in den Ausgußkanal gelangt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung von Gestalt und Position des Austrittsendes des Füllrohres mittels einer Rasterkamera und Bildanalyse erfolgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als vorbereitende Maßnahme die Durchgängigkeit des Ausgußkanals überprüft und die Maßnahmen der Ansprüche 1-6 erst bei festgestellter Durchgängigkeit des Ausgußkanals eingeleitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Durchgängigkeit des Ausgußkanals mittels einer Rasterkamera und Bildanalyse erfolgt.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausschüttens der Anhäufung von Schieberfüllsand über dem Ausgußkanal das Füllrohr in Abhängigkeit von der Ausbildung der Anhäufung aufwärts bewegt wird.