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Verfahren zur Erzielung eines einheitlichen Temperaturgradienten beim
Stranggießen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung eines einheitlichen
Temperaturgradienten im oberflächennahen Bereich von brammenförmigen Gießsträngen
beim Stranggießen von Metall über den Querschnitt des Gießstranges bzw.
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der Bramme.
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Beim Stranggießen wird der Strang in der Kokille, und falls erforderlich
auch noch nach dem Austritt aus der Kokille, gekeilt, um eine hinreichende oberflächige
Verfestigung des Gießstranges sicherzustellen. Schwierigkeiten bereitet insbesondere
bei brammenförmigen Gießsträngen eine gleichmaßige Abkühlung des Gießstranges im
oberflächennahen Be-Reich über den Querschnitt des Stranges. Sei es infolge zeitlich
und/oder örtlich unterschiedlichen Kontaktes der Kühlflächen der Kokille mit dem
Strang, sei es infolge ungleichmäßiger Beaufschlagung des Stranges mit Kühlwasser,
bilden sich in Richtung des Stranges Streifen bzw. Zonen
verschiedenen
Abkühlungsfortschrittes aus. Solche Zonen verschiedenen Abkühlungsfortschrittes
im oberflächennahen Bereich des Stranges können wohl bei den einfachen Kohlenstoffstählen
in Kauf genommen werden, nicht aber bei Qualitätsstählen, insbesondere nicht bei
höherlegierten Baustählen, etwa bei für die Herstellung von geschweißten Rohren
vorgesehenen manganhaltigen Stählen, da die Zonen verschiedenen Abkühlungsfortschrittes
die bei diesen Stählen kritischen t a( Umwandlungsgebiete zu verschiedenen Zeiten
durchlaufen und gegebenenfalls auch die --Umwandlung in den Zonen verschiedenen
Abkühlungsfortschritte und -verhaltens zu verschiedenen Zeiten erfolgt. Auf Grund
der unterschiedlichen Gitterkonstanten und Dichten der i -und der t -Phase treten
dann örtliche Spannungsspitzen auf, die zu Rissen in der Oberfläche der Bramme führen
können. Risse in der Brammenoberfläche erfordern ein aufwendiges Nacharbeiten. Walzt
man solche Brammen, ohne sie nachzuarbeiten,aus, treten die Qualität beeinträchtigende
Fehler im Halbzeug auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abkühlung des Gießstranges
bzw. der Bramme durch Beeinflussung der Abkühlungsbedingungen so zu steuern, daß
bei der Abkühlung ein einheitlicher Temperaturgradient im oberflächennahen Bereich
über den Querschnitt der Bramme eingehalten wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Ausgang der
Stranggießkokille und/oder in der anschließenden Kühlzone auf der Breitseite der
Bramme gleichzeitig an mindestens zwei in einem Niveau liegende Meßstellen, von
denen bei zwei Meßstellen die eine in Kantennähe und die andere in einem mindestens
der halben Dicke der Bramme entsprechenden Abstand von der Brainmenkante liegt,
die Temperatur ermittelt und die flächenspezifische Kehlung in Abhängigkeit von
auftretenden Temperaturdifferenzen so reguliert wird, daß sich eine einheitliche
Oberflächentemperatur über den Querschnitt der Bramme einstellt.
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Auf diese Weise wird ein einheitlicher Gemperaturgradient im oberflächennahen
Bereich des Gießstranges über den
Querschnitt des Gießstranges bzw.
der Bramme erzielt. Der einheitliche Temperaturgradient ist gleichbedeutend mit
einem einheitlichen Abkühlungsfortschritt über den Querschnitt der Bramme, die auf
Grund dessen insbesondere auch die Umwandlungagebiete einheitlich durchläuft, so
daß Spannungsspitzen und daraus resultierende Fehler entfallen, also ein einwandfreies
Vormaterial erhaltenwird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch zur Überwachung
und Einstellung der Abkühlungsgeschwindigkeit herangezogen werden.
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In der Regel wird man mit zwei in der beschriebenen Weise über die
Breite des Stranges bzw. der Bramme verteilten Meßstellen auskommen, da das Abkühlungsverhalten
vom Rand zur Mitte der Bramme hin auf beiden Brammenhälten sowie an beiden Breitseiten
unter normalen Gießbedingungen übereinstimmt. Das schließt nicht aus, daß man auf
beiden Brammenhälften und/oder an beiden Breitseiten entsprechende Meßanordnungen
vorsieht. Die beiepielsweise vorgesehene und in der Regel ausreichende Zahl von
zwei Meßstellen schließt auch nicht aus, daß insbesondere bei Brammen
einer
größeren Breite zusätzliche Meßstellen vorgesehen werden.
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Die Einstellung der Abkühlungsbedingungen kann in größeren Abständen
jeweils nur bei sich insbesondere aus Qualitätsgründen ändernden Gießbedingungen
vorgenommen werden, åedoch auch bei åedem Anguß. Außerdem ist eine fortlaufende
tberwachung der Temperaturen an den Meßstellen auch während des Gießens möglich.
Der fortlaufenden oberwachung ist bei höheren Qualitäten der Vorzug zu geben. Bei
der fortlaufenden Überwachung kann es sich wiederum um eine diskontinuierliche,
eine quasikontinuierliche oder eine kontinuierliche Überwachung handeln.
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Die Temperaturmessung kann in an sich bekannter Weise auf optischem
Wege erfolgen. Die Verwendung von Lichtleitern hat sich dabei bewährt. Da die optische
Temperaturmessung durch bei der Kühlung des Gießstranges mit Wasser entstehenden
Wasserdampf beeinflußt bzw. verfälscht werden kann, wird man immer dann, wenn mit
einer solchen -Beeinträchtigung zu rechnen ist, jedoch einer Temperaturmessung mit
Hilfe von gegen die Oberfläche des Gießstranges anliegenden Thermoelementen den
Vorzug geben. Einer raschen.
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Abnutzung der Schleifkontakte, in die die Thermoelemente eingebettet
sind, kann dabei durch alternierendes Anlegen und Abheben der Schleifkontakte begegnet
werden, wobei zusätzlich eine Kühlung der Schleifkontakte vorgesehen sein kann,
wahrend sie sich außer Eingriff befinden.
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Sowohl bei der optischen Temperaturmessung als auch bei der Temperaturmessung
mittels eines Thermoelementes wird lediglich die Oberflächentemperatur gemessen.
Die Messung der Oberflächentemperatur erweist sich im Bereich kleiner Temperaturgradienten
als hinreichei; ebenso dann, wenn der ¢ - i -Umwandlungspunkt eindeutig durchlaufen
wird.
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Aus dem für die beginnende und fortschreitende Erstarrung des schmelzflüssigen
Metalls erforderlichen raschen und starken Wärmeentzug im oberen Teil der Stranggießanlage
resultiert ein dementsprechend großer Temperaturgradient im oberflächennahen Bereich
des Gießstranges bzws der Bramme. Bei einem bei oder über 500 C/mm liegenden Temperaturgradienten
erweist es sich nun aber als zweckmäßig, anstelle der Temperatur an der Oberfläche
des Gieß -stranges
die -mittlere Temperatur eines Bestandteil der
bereits erstarrten Randschicht bildenden oberflächennahen Bereiches des Gießstranges
zu ermitteln und zugrundezulegen, da dieser Meßwert unter den gegebenen Umständen
repräsentativer ist als die an der Oberfläche gemessene Temperatur. Die mittlere
Temperatur eines Bestandteil der bereits erstarrten Randschicht bildenden oberflächennahen
Bereiches ist insbesondere dann repräsentativer als die Oberflächentemperatur selbst,
wenn bzw. solange der t - i -Umwandlungspunkt nicht eindeutig durchlaufen wird.
Wann der Umwandlungspunkt durchlaufen wird, ist sowohl abhängig von der Gießgeschwindigkeit
und der Kühlung als auch von den Legierungsbestandteilen nach Art und Menge. Durch
Beeinflussung des Zeitpunktes der Umwandlung läßt sich in Grenzen die Qualität des
Erzeugnisses beeinflussen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen,
nicht die Temperatur an der Oberfläche des Gießstranges bzw. der Bramme zu ermitteln
und zugrundezulegen, sondern die mittlere Temperatur eines oberflächennahen Bereiches
der bereits erstarrten Randschicht.
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Als besonders geeignet hat sich die Ermittlung der mittleren Temperatur
eines oberflächennahen Bereiches der bereits erstarrten Rand schicht durch die Messung
der temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit in diesem Bereich erwiesen.
Die Leitfähigkeit läßt sich insbesondere durch auf die Bramme einwirkende elektromagnetische
Felder entsprechend hoher Frequenz ermitteln. Dabei bieten sich je nach der gewünschten
Eindringtiefe Frequenzbereiche an, die in der Nähe des sichtbaren Bereiches liegen
oder die Frequenzbereiche der Mikrowellen oder aber die bei üblichen Wirbelstrommeßverfahren
gebräuchlichen Frequenzen von 10 bis 104 kHz.