DE19953504A1 - Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten - Google Patents
Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit durch KokillenbreitseitenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen einer Soll-Gießgeschwindigkeit. Hierzu wird die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer vorzugsweise online-meßbaren Änderung der Wärmestromdichte dieser integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die "kritische Wärmestromdichte" (q krit) abgesenkt, bis sich die Wärmestromdichte infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-
Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Errei
chen einer Soll-Gießgeschwindigkeit.
Zwischen der zur Wärmeabfuhr aus Platten einer Kokille erforderlichen Kühlwas
ser-Durchflußgeschwindigkeit und der sich dabei einstellenden Wärmestromdichte
besteht ein unmittelbarer Zusammenhang.
Insbesondere beeinflußt die Kühlwassergeschwindigkeit und damit der Wärme
transport aus den Platten die Temperatur der dem Schmelzbad zugewandten
Plattenoberflächen, von welchen wiederum die Ausbildung eines genügend wirk
samen Schmierfilms aus einem aufzuschmelzenden Schmiermittelpulver zwischen
Kokillenplatte und Strangschale abhängt.
Weitere Einflußgrößen sind hierbei die Plattendicke, die Gießgeschwindigkeit so
wie die Temperatur der Schmelze im Tundish oberhalb der Überhitzungstempe
ratur T liquidus. Die Höhe der Wärmestromdichten beeinflußt zudem die Tendenz
zur Bildung von Fehlern in der Strangschale, beispielsweise von Längsrissen an
der Strangschalenoberfläche, wie dies in der Publikation MPT International
3/1997, Vol. 20, Seite 64/76 (Verlag Stahleisen Düsseldorf) beschrieben ist.
Zur Unterstützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms werden
vielfach exotherme Gießpulver eingesetzt, die in kurzer Zeit genügend Flüssig
phase bilden, um einen Schmierfilm für den Gießstart zu gewährleisten. Während
des dann folgenden Übergangs von exothermen Angießpulvern zu granulierten
Gießpulvern wird jedoch ein steiler Anstieg der Wärmestromdichte q [MW/m2] der
Kokillenkreisläufe beobachtet, der auf einen zu dünnen Gießpulverschmierfilm im
Meniskusbereich der Kokille zurückzuführen ist.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass die Wärmestromdichte q in Ab
hängigkeit der Stahlanalyse und des verwendeten Gießpulvers differiert. Insbe
sondere werden für rissempfindliche HSLA-Medium-Carbon-Stähle basische
Gießpulver, Basengrad B < 1, eingesetzt, die den Wärmedurchgang durch die
Gießpulverschlacke über eine porös-kristalline Teilschicht kupferseitig herabset
zen. Damit wird die werkstoffspezifische Wärmestromdichte q rissempfindlicher
Stähle begrenzt.
Die Berechnung des Basengrades von Gießpulvern ist aus der Literatur hinrei
chend bekannt.
Versuche mit unterschiedlichen Kühlwassermengen haben gezeigt, daß die Kühl
wassermenge und damit zusammenhängend die Kühlwasser-Durchfluß
geschwindigkeit VKokille einen deutlichen Einfluß auf die Tendenz zur Bildung von
Längsrissen in den Startbrammen haben. Beispielsweise kann oberhalb der er
kannten "kritischen Wärmestromdichte - q krit" und insbesondere in Funktion der
Gießgeschwindigkeit eine lokale Schädigung des Strangschalenwachstums auf
grund eines zu dünnen Schmierfilms bzw. eines lokal unterbrochenen Gießpulver
schmierfilms im Meniskusbereich zu Längsdepressionen führen, die bei Über
schreitung der werkstoffspezifischen Hochtemperaturzähigkeitsgrenze anschlie
ßend zu Längsrissen aufreißen können.
Über online angezeigte Wärmestromdichten der Kokillen-Breitseitenkreisläufe läßt
sich der Zeitpunkt des Übergangs in den Bereich der kritischen Wärmestromdichte
bestimmen bzw. überwachen.
Durch eine zeitabhängige integrative Regelung der Kokillenwasser-
Durchflußgeschwindigkeit in Abhängigkeit der gemessenen Wärmestromdichten
wird der Wärmedurchgangskoeffizient α (Alpha) durch die Kokillenwand reduziert,
was einen kurzfristigen Temperaturanstieg an der Kontaktoberfläche der Kupfer-
Plattenwand stahlseitig zur Folge hat.
Es sind Systeme bekannt, bei denen mittels in der Kokillenwand eingelassener
Thermoelemente die Temperaturänderung und Temperaturverteilung über die
Gießzeit beobachtet und über Differenzwertbildung eine Durchbruchsicherung
aufgebaut wird.
Aus dem Dokument DE 41 17 073 C2 ist es bekannt, mit Hilfe einer kalorimetri
schen Messung an einer Brammenkokille den integralen und spezifischen Wär
metransport an jeder einzelnen Kupferplatte zu bestimmen. Ein Vergleich der spe
zifischen Wärmeströme von der dem Stahl zugewandten Kupferplattenseite, spe
ziell der Schmalseiten mit denen der zwei Breitseiten, ermöglicht die Regelung der
Schmalseitenkonizität unabhängig von den im einzelnen gewählten Gießparame
tern. Die bekannte Vorrichtung eignet sich nicht für eine sichere Früherkennung
einer akuten Durchbruchgefahr.
Aus der DE 24 15 224 C3 ist eine Plattenkokille für Brammen bekannt, deren Ko
killenwände Kühlkammern besitzen, die begrenzte Kühlbereiche umfassen. An die
Wasserzu- und -abflußleitungen der Breitseiten sind Meßglieder zur Bestimmung
der abgeführten Wärmemenge bzw. der Kühlleistung angeschlossen. Weiterhin
wird in den Meßgliedern gleichzeitig ein Durchschnittsschwert der Kühlleistung der
Kühlkammern gebildet, welcher einem Durchschnittsbildner zugeleitet wird, mit
dem die Konizität der Schmalseiten gesteuert werden kann. Eine Durchbruchfrüh
erkennung mit zufriedenstellender Genauigkeit ist allein aufgrund der Messung
der Wärmeströme in der Kokille jedoch nicht möglich.
Aus einer Reihe von Schriften, bspw. DE-OS 15 08 966, DAS 23 19 323, DE-PS 23 20 277,
DE-PS 24 40 273 und DE 34 23 475 C2 ist es bekannt, die Strang
schalendicke über Messungen der Kokillenwandtemperatur oder der aus der Ko
kille abgeführten Wärmemenge zu steuern.
Allen diesen bekannten Methoden ist gemeinsam, daß die Kokille bzw. die ge
samte Anlage nach Meßwerten im Vergleich zu vorgegebenen Soll-Werten ge
steuert wird, wobei jedoch offen ist, inwieweit die vorgegebenen Soll-Werte den
tatsächlichen Gegebenheiten oder Erfordernissen Rechnung tragen.
Aus der DE 197 14 217 A1 ist es bekannt, daß bei einem Verfahren zum Metall
stranggießen, insbesondere zum Herstellen von Stahl-Dünnbrammen bei dem zur
Schlackenbildung auf den Badspiegel der Kokille ein Gießpulver aufgegeben wird,
eine fehlerfreie Produktion mit erheblich geringerer Gefahr von Längsrissen er
reicht wird, wenn das Gießpulver vor dem Aufgeben mit Energie derart angerei
chert wird, daß durch exotherme Reaktionen zusätzliche Energie im Bereich der
freien Badoberfläche wirksam wird. Ein hierzu geeignetes Gießpulver setzt sich
aus CaSi und einem als Sauerstofflieferant dienenden Metalloxid und/oder Luft
zusammen.
Und schließlich offenbart die EP 0 238 844 A1 ein Verfahren zum Angießen einer
Stahlbandgießanlage. Die Stahlbandgießanlage ist mit einer Kokille mit gekühlten
Schmalseitenwänden und Breitseitenwänden ausgerüstet. Die Kokille weist zur
Aufnahme eines Gießrohres oberhalb eines formatbestimmenden Parallelab
schnittes im Bereich der Breitseitenwände einen nach oben erweiterten Eingieß
bereich auf. Eine kurze Angießzeit ohne ein Steckenbleiben des Bandes wird da
durch erreicht, daß die Höhenlage des Gießspiegels wegverfolgt wird, daß der
Bandabzug zwischen Auffüllung des formatbestimmenden Parallelabschnittes der
Kokille und Bedecken der Gießrohraustrittsöffnungen gestartet wird und bis zur
Erreichung der Soll-Gießspiegelhöhe auf eine Mindestabzugsgeschwindigkeit er
höht wird, bei welcher das Gießsumpfende unterhalb des formatbestimmenden
Parallelabschnittes bleibt.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Kokillenkühlwasserregelung der Kokillenbreitseiten während des
Gießstarts anzugeben, mit der eine wirksame Reduzierung des Längsrißbefalles
der Startbrammen bei einem geregelten Gießstart erreicht wird, und die sich zur
Durchführung im Rahmen eines automatischen Angießprogrammes ohne Proble
me eignet.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An
spruch 1 genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Kühlwasser-
Durchflußgeschwindigkeit von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach
Maßgabe einer Änderung der Wärmestromdichte dieser integral derart angepaßt
wird, daß bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die "kritische Wär
mestromdichte" (q krit) die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit VKokille, die je nach
Stahlqualität unterschiedlich sein kann, zunächst abgesenkt wird, bis sich die
Wärmestromdichte q infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurchfluß
geschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt. Mit großem
Vorteil kann durch das Verfahren nach der Erfindung die aus der Literatur be
kannte "kritische Wärmestromdichte" (q krit) vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit
VKokille des Kokillenkühlwassers berücksichtigt die Bestimmung der kritischen
Wärmestromdichte q krit in Abhängigkeit von der Stahlqualität und der verwende
ten Gießpulver.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Durchflußgeschwindigkeit
des Kühlwassers (VKokille) durch die Kokille integrativ derart abgesenkt wird, bis
der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der "kritischen Wärmestromdichteer
höhung (q krit) von 0,02 bis 0,1 [MW/m2 sec], vorzugsweise unterhalb eines
Wertes von 0,05 MW/m2 sec] liegt.
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zeitgleich mit dem Abflachen
der Wärmestromdichteerhöhung dq die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwas
sers in Abhängigkeit von der Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll-
Durchflußgeschwindigkeit angehoben wird.
Eine Unterstützung erfährt das Verfahren nach der Erfindung weiter dadurch, daß
zu der Stützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms bei An
gießbeginn bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden.
Und weiterhin ist im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der Erfindung ent
sprechend einer weiteren Einflußgröße hilfreich, daß die Regelung der Kokillen-
Wasserkreisläufe nach Maßgabe der Dicke der Kupferplatten eingestellt wird.
Dabei kann von der an sich bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß
die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe der
Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
Insbesondere sind die vorgenannten Einflußgrößen für die Berücksichtigung eines
Startprogrammes von Bedeutung, wenn das Verfahren beim Gießstart mit Hilfe
eines automatischen Angießprogramms durchgeführt werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt weiterhin zu reproduzierbaren, sicheren
Ergebnissen, wenn es unter Zugrundelegung einer Überhitzungstemperatur im
Tundish vor Angießbeginn zwischen T Liquidus +25 und +40°C vorgenommen
wird.
Und schließlich kann beim Verfahren nach der Erfindung von der Maßnahme Ge
brauch gemacht sein, daß die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit (VKokille) unter
hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflächenqualität des
Gußstranges zusätzlich korrigiert wird. Eine derartige Beobachtung kann durch
eine elektronische Kamera mit Bildübertragung zur Hauptsteuerbühne der Strang
gießanlage problemlos durchgeführt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Diagrammen (Fig. 1 bis 3) des Ver
laufs der Wärmestromdichte sowie der Gießgeschwindigkeit und der Durchflußge
schwindigkeit des Kühlmediums beim automatischen Angießvorgang mit kon
stanter Kokillendurchflußmenge und im Vergleich hierzu mit integrativer Änderung
der Kokillendurchflußgeschwindigkeit während des Gießstarts nach der Erfindung
gezeigt.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Gießstart, 2 die während des Gießstarts linear
ansteigende Gießgeschwindigkeit [m/min]. In Fig. 2 bedeutet 3 die Kühlwas
ser-Durchflußgeschwindigkeit [m/sec] und 4 die Wärmestromdichte q =
[MW/m2]. Dabei zeigt Fig. 2 in Abhängigkeit der im Gießstart ansteigenden Gieß
geschwindigkeit den steilen Anstieg der Wärmestromdichte dq = [MW/m2 sec] mit
einem ausgeprägten Maximum und anschließender Dämpfung der Verlaufskurve
4. Fig. 3 zeigt das Ergebnis der Erfindung: Steigen die Wärmestromdichten q
der Kokillenbreitseiten oberhalb der errechneten theoretischen spezifischen Wär
meabfuhr nach automatischem Gießstart überproportional an, so wird die Durch
flußgeschwindigkeit VKokille der Kokillen-Breitseiten integrativ abgesenkt, bis der
Anstieg der Wärmestromdichten dq unterhalb der der kritischen Wärmestrom
dichteerhöhung von 0,05 MW/m2 sec liegt. Zeitgleich mit dem Abflachen der
Wärmestromdichteerhöhung dq wird die Durchflußgeschwindigkeit VKokille in Ab
hängigkeit der Kupferplattendicke auf die Soll-Durchflußmenge angehoben.
Hierdurch wird der Steilanstieg der Wärmestromdichte, gemessen in MW/m2,
oberhalb der empirisch gemessenen kritischen Wärmestromdichteerhöhung wäh
rend der Beschleunigungsphase der Gießgeschwindigkeit auf Soll-Gießgeschwin
digkeit abgefangen.
Claims (10)
1. Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit VKokille durch
Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen einer Soll-
Gießgeschwindigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers von einer anfangs vorge
gebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer Änderung der Wärmestrom
dichte dieser integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte
über die "kritische Wärmestromdichte" (q krit) abgesenkt wird, bis sich die
Wärmestromdichte infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurch
flußgeschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers integrativ derart abgesenkt
wird, bis der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der "kritischen Wär
mestromdichteerhöhung" (q krit) von 0,02 bis 0,1 [MW/m2 sec], vorzugsweise
unterhalb eines Wertes von 0,05 [MW/m2 sec] liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zeitgleich mit dem Abflachen der Wärmestromdichteerhöhung [MW/m2 sec]
die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers in Abhängigkeit von der
Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll-Durchflußgeschwindigkeit ange
hoben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Unterstützung eines raschen Aufbaus eines Gießpulverschmierfilms
bei Angießbeginn bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung der Kokillen-Wasserkreisläufe nach Maßgabe der Dicke der
Kupferplatten eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe
der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießstart mit Hilfe eines automatischen Angießprogramms durchge
führt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Überhitzungstemperatur im Tundish vor Angießbeginn zwischen T li
quidus +25 und +40°C eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflä
chenqualität des Gußstranges die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers,
ggf. mit weiteren Gießparametern, zusätzlich korrigiert wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeit (VKokille) des Kokillenkühlwas
sers die Bestimmung der kritischen Wärmestromdichte (q krit) in Abhängigkeit
der Stahlqualität und des verwendeten Gießpulvers berücksichtigt wird.
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DE102014112206A1 (de) * | 2014-08-26 | 2016-03-03 | Peter Valentin | Verfahren zum Stranggießen eines Metalls, insbesondere eines Stahls, und Vorrichtung zum Stranggießen |
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2000
- 2000-07-08 DE DE50008806T patent/DE50008806D1/de not_active Expired - Lifetime
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DE102014112206A1 (de) * | 2014-08-26 | 2016-03-03 | Peter Valentin | Verfahren zum Stranggießen eines Metalls, insbesondere eines Stahls, und Vorrichtung zum Stranggießen |
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