DE3423475C2 - Verfahren und Einrichtung zum Stranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von flüssigem Stahl - Google Patents

Abstract

Ein derartiges Verfahren dient der störungsfreien Erzeugung von Gußsträngen mit einer für hohe Ansprüche geeigneten Oberfläche und einer weitestgehend fehlerfreien inneren Werkstoffstruktur. Um eine derartige Störung während des Gießbetriebes zu vermeiden, wobei der in der Stranggießkokille eine erste Schale bildende Gußstrang sich schrägstellt und sich in dem Gießraum der Stranggießkokille (6) verklemmt, wird vorgeschlagen, daß bei einer Anordnung von Thermoelementen (6) in gestuften Abständen, beginnend am Kokilleneingangsbereich (6a) und endend im Kokillenausgangsbereich (6b) und bei einer Lage der Thermoelement-Meßstellen dicht unter der vom flüssigen Metall (1) benetzten Stranggießkokillen-Innenwandfläche (6c) gleichzeitig über ein nahezu verzögerungsfrei gemessenes Temperaturprofil eine Strangschalendickenberechnung in einem Meßwertrechner (18) erfolgt und danach zumindest die Parameter für Gießspiegelregelung (8) und Kühlungsintensität (9) eingestellt werden.

Description

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Von der mangelhaften Ermittlung des Temperatur- bei steigender Temperaturtendenz die Konizität der

profils in Richtung der Kokillenhöhe und in Abhängig- Kokillenwand geringer eingestellt und bei fallender

keit der Zeit abgesehen, ergeben sich nach dem Stand Temperaturtendenz die Konizität der Kokillenwand

der Technik Folgeprobleme. Der Gußstrang bildet in steiler eingestellt wird.

der Stranggießkokille im Störungsfall eine gestörte 5 Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsge-Huhspur. Die gestörte Hubspur ist vermutlich auf man- mäßen Verfahrens besteht darin, daß zum Stranggießen gelnde Schmierung zwischen Gußstrang und Kokillen- von rechteckförmigen Gußsträngen, sog. Brammenwand zurückzuführen. In einem solchen Fall kann ein gußsträngen bzw. Vorblockgußsträngen, die Thermo-Durchbruch die Folge sein. Die Kosten für einen Durch- elemente ausschließlich in den Schmalseitenplatten der bruch werden in Anbetracht der Unterbrechung des 10 Stranggießkokille angeordnet sind, die Thermoelemen-Gießvorganges, des Ausfalles an Gußstrangproduktion te an einen Verstärker, der Verstärker an einen Analog- und der Beschädigung der Stranggießvorrichtung als Digital-Wandler und dieser an eine programmierbare eine unerträglich Kostensteigerung des Gießproduktes Steuerung und an einen Meßwertrechner angeschlossen betrachtet. sind. Es wurde nämlich gefunden, daß eine Wärmeab-

In dem geschilderten Fall verursacht die Anordnung 15 fuhr über die Breitseitenplatten der Stranggießkokille

der Thermoelemente eine zu lange Reaktionszeit bis zur und die Schrumpfung des Gußstrangs in Richtung senk-

Meßwertermittlung und führt daher zu einer Stillstands- recht zu den Breitseitenplattenflächen weniger Proble-

seite des Gußstranges innerhalb der Stranggießkokille. me schafft, so daß eine Temperaturmessung in diesem

Auf einem Teil des Querschnitts steht der Gußstrang Bereich keine wichtigen Meßdaten liefern,

still, während er auf dem anderen Querschnittsbereich 20 Eine Berücksichtigung der Schrumpfung bzw. der

noch wandert. Die stillstehende Seite »klebt« und bildet Schrumpfgeschwindigkeit erfolgt vort-silhafterweise au-

daher eine »kranke« Strangschale. Wie festgestellt wur- Serdem dadurch, daß die Thermoelemente in den ko-

de, dürfte der Grund für das »Kleben« in einer^estörten nisch einstellbaren Schmalseitenplatten aer Stranggieß-

Schmierung durch fehlende Gießschlacke liegen. Eine kokille angeordnet sind.

solche Störzeit liegt zwischen 25 bis 60 see je nach den 25 Die Erfindung kann auch auf einer eingerichteten

Strangabmessungen. Aufgrund des Vortrages ist es be- Stranggießanlage bei unterschiedlichen Gußstrangfor-

kanntgeworden, in einem solchen Störfall den Gießvor- maten eingesetzt werden, indem bei einem stark gefä-

gang abrupt zu stoppen und solange zuzuwarten, bis die cherten Breitenprogramm für die Gußstrangbreite

Bildung einer neuen Strangschale erhofft werden kann. (Wechsel der Strangbreite) eine höhere Anzahl von

Es versteht sich von selbst, daß ein derartiges Verfahren 30 Thermoelementen vorgesehen ist als bei einer unverän-

erhebliche Unsicherheiten mit sich bringt und daß vor derbaren Breite des Gußstrangs,

allen Dingen bei einem solchen Verfahren jeweils mit Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dar-

einer Störung ein später herauszutrennendes unbrauch- gestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

bares Strangstück entsteht F i g. 1 einen senkrechten Querschnitt durch einen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ursa- 35 Teil der Stranggießkokille mit Gußstrang und der ange-

chen für Durchbrüche innerhalb der Stranggießkokille schlossenen Meßeinrichtung,

im Ansatz zu bekämpfen, indem die Temperaturspan- F i g. 2 ein dreidimensionales Diagramm für den Tem-

nungen oder die Temperatur-Inhomogenitäten inner- peraturverlauf in Abhängigkeit der Zeit und der Oszilla-

halb der Stranggießkokille frühzeitig erkannt, vermin- tionsbewegungen der Stranggießkokille und

dert oder ganz vermieden werden. 40 F i g. 3 das Plotter-Diagramm gemäß F i g. 2 für einen

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch Fall einer irregulären Entwicklung der Gießwellen (aufgelöst, daß das Temperaturprofil nahezu verzögerungs- kor-xmende Durchbruchgefahr).

frei gemessen wird und mit diesen Werten gleichzeitig Das flüssige Metall 1, hier flüssige Stahlschmelze 2, eine Strangschalendickenberechnung in einem Meß- gelangt aus dem Vorratsbehälter 3 durch den Tauchauswertrechner erfolgt und danach zumindest die Parame- 45 guß 4 in einer geeigneten Strömungsrichtung 5 in die ter für Gießspiegelregelung, Kühlungsintensität, Oszil- Stranggießkokille 6, von der im wesentlichen die rechte lation (Hubiiöhe, Frequenz) eingestellt sowie die Gieß- Schmalseitenplatte 7 gezeigt ist.

pulvermenge bzw. die Gießpulverqualität gewählt wer- Die Metallzufuhr erfolgt durch die Gießspiegelrege-

den. Diese Verfahrensweise läßt ein »Kleben« des Guß- lung 8, die hier als Stopfenregelung dargestellt ist, wobei

Strangs, d. h. ein einseitiges Strangschalenwachstum oh- 50 die Strangabzugsgeschwindigkeit entsprechend der

ne bisherige Verzögerung schnell erkennen, so daß Ge- Gießgeschwindigkeit auf mehrere noch zu beschreiben-

genmaßtiahmen durch veränderte Kühlung und insbe- de Parameter abzustimmen ist.

sondere durch Änderung der Gießgeschwindigkeit ge- _ Für die Bestimmung dieser Parameter (im wesenth-

troffen werden können. Diese Maßnahmen beruhen auf chen sind dies die Gießspiegelregelung 8, die Kühlinten-

der neuen Erkenntnis der sog. Gießwellen, die durch die 55 sität 9, die Gießpulvereigenschaften 10, die Oszillation

Oszillation der Stranggießkokille erzeugt werden. So- 11, ggf. eine Spalteinstellung 12 der Kokülenwand bei

bald daher das durch die Gießwellen erzeugte Tempera- rechteckiger Gußstrangform, u. dgl.) ist die Steuerung

turprofil über die Stranggießkokillenhöhe gemessen ei- für den Anfahrvorgang und das Regeln der Flüssigme-

ne Veränderung erkennen läßt, sind die erwähnten Ge- tallzufuhr auf eine verzögerungsfreie Temperaturmes-

genmaßnahmen zu treffen. Das erfindungsgemäße Ver- 60 sung, und zwar ni.ht nur im gefährdeten Bereich des

fahren bedeutet daher kein Anhalten des Stranggieß- Gußstranges, sondern in voller Höhe der Stranggießko-

vorganges, sondern allenfalls ein Verlangsamen. kille 6 maßgebend.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme für die frühe Thermoelemente 13a bis 13/ sind auf die volle Höhe Erkennung einer Veränderung der wesentlichen Para- der Stranggießkokille 6 in vorherbestimmten Stufenabmeter innerhalb der Stranggießkokille ist dadurch gege- 65 ständen, beginnend am Kokilleneingangsbereich 6a bis ben, daß eine Messung der Anliegezone bzw. des Spal- zum Kokillenausgangsbereich 6b angeordnet. Die (nicht tes zwischen Strangschale und Stranggießkokillen-In- näher dargestellten) Thermoelemente enden in der Ebenenwandfläche kontinuierlich durchgeführt wird, wobei ne 14 der Stranggießkokillen-Innenwandfläche 6c. Die-

Z.vJ T/

se Gesamtanordnung gestattet, die erhaltenen Meßsignale in einer Einrichtung 15 zu verarbeiten, über einen Analog-Digital-Wandler 16 in einer frei programmierbaren Steuerung 17 füir die genannten Parameter (und weitere, falls erwünscht) für einen Meßwertrechner 18 aufzubereiten. Das im Meßwertrechner 18 erhaltene Temperaturprofil 19 zeigt den augenblicklichen Temperaturverlauf über die gesamte Höhe der Stranggießkokille 6 und kann zu einer kontinuierlichen Berechnung der Strangschalendicke 20 benutzt werden.

Die Steuerung 17 steuert über weiter nicht dargestellte externe Stellglieder, die nicht zur Meß- und Auswerteeinrichtung 15 bis 18 gehören, aufgrund der fortlaufend errechneten Temperaturprofüe 19, die Parameter 11 für die Oszillation, also insbesondere Hubhöhe und Frequenz. Die Steuerung 17 kann hierbei auch für die Gießpulvereigenschaften 10 herangezogen werden. Das Gießpulver 21 ist je nach Temperatur dickflüssiger oder dünnflüssiger. Die Gießpulvereigenschaften 10

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tung. Jede Abwärtsbewegung der Stranggießkokille 6 (Oszillation 11) läßt flüssiges Metall 1 über den Kamm 23 nachfließen, wodurch kontinuierlich eine innere Strangschale 24 und eine äußere Strangschale 25 gebildet werden. Das Gießpulver 21 fließt hierbei als flüssige Schlacke, getragen von der Metallschmelze 1 ebenso über den Kamm 23, solange die gewünschten stationären Temperaturverhältnisse gegeben sind.

Die Steuerung 17 enthält ferner ein Programm für eine Messung des Spaltes 12a in der Anliegezone 26 bzw. des Spaltes 126, im der der Gußstrang sich bereits von der Kokilienwand abhebt.

Sämtliche Parameter (Gießspiegelregelung 8, Kühlintensität 9, Gießpulvereigenschaften 10, Oszillation 11, ggf. Spalteinstellung 12 der Kokillenwand, Strangschalendickenberechnung durch den Meßwertrechner 18) werden durch das Temperaturprofil 19 beeinflußt. Das Temperaturprofi! 19 wiederum führt zu den aus den F i g. 2 und 3 ersichtlichen Plotterdarstellungen.

Die Darstellung gemäß den Fig. 2 und 3 verwendet die Zeit 27, die Kokillenhöhe 28 und die Temperaturhöhe 29. Auf eine aufwärts gerichtete Oszillationsbewegung 30 folgt jeweils eine abwärts gerichtete Oszillationsbewegung 31. F i g. 2 zeigt hierzu die etwa konstanten Temperaturverhältnisse in der Stranggießkokille 6, so daß sich keine Anzeichen für einen Durchbruch erkennen lassen. Zeitlich unverändert ergibt sich vom Kokilleneingangsbereich Sa eine rasch bis zum Gießspiegel Sa ansteigende Temperatur, die erst konstant im Bereich der mittelbaren Berührung des Metalls 1 verläuft und mit wachsender Strangschalendicke etwa ab dem Punkt 8b bis zu de<n Punkt 8c absinkt und fortan bis zum Kokillenausgangsbereich 66 nur noch Wärmestrahlung anzeigt.

Gemäß Fig.3 wurde ein Zustand simuliert, der bei der ersten Oszillationsbewegung 30 bzw. 31 noch die reguläre Gießwelle 32 aufweist Während der zweiten Gießwelle 33 ist bereits ein Absinken der Anliegezone 26 flüssigen Metalls 1 zu erkennen, so daß womöglich eine Störung der Schmierung, d. h. ein Fehlen des flüssigen Gießpulvers 21 zu verzeichnen sein könnte. Es fehlt offensichtlich an der Bildung der äußeren Strangschale 25, so daß ein Durchbruch befürchtet werden müßte, falls keine Maßnahmen eingeleitet werden würden. Solche Maßnahmen werden automatisch über den Meßwertrechner IS and die ihm folgenden Stellglieder bereits nach der zweiten Gießwelle 33 ergriffen, so daß ein Anhalten des Gießvorgangs nicht notwendig ist In diesem Fall würde eine verminderte Metallzufuhr (Gießspiegelregelung 8), eine veränderte Spalteinstellung 12 (Änderung der Konizität durch ein steileres Einstellen der Stranggießkokillen-Innenwandfläche te), eine veränderte Oszillation 11 (Änderung der Hubhöhe und/ oder der Frequenz) u. dgl. ausreichend sein, um die stationären Verhältnisse wiederherzustellen. Selbstverständlich sind auch die weiteren Maßnahmen, wie z. B. die Gießpulvereigenschaften 10 (nach Menge und Qualität) geeignete Maßnahmen, den gewünschten Schmierzustand wiederherzustellen. Die Kühlintensität 9 ist z. B. eine Verfahrensmaßnahme, um auch noch in den tieferen Bereichen der Stranggießkokille 6 eine Strangschale 24 bzw. 25 zu bilden, falls eine solche Strangschalenbildung nachzuholen ist. Ein derartiger Vorgang befindet sich jedoch bereits am Ende eines von der Erfindung erfaßten Regelungsvorganges.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 terder vom flüssigen Metall benetzten Stranggießkokil- Patentansprüche: len-Innenwandfläche gleichzeitig ein Temperaturprofil erstellt wird und danach die Metallzufuhr zur Strang-

1. Verfahren zum Stranggießen von flüssigen Me- gießkokille bzw. die Strangabzugsgeschwindigkeit getallen, insbesondere von flüssigem Stahl, bei dem 5 steuert (Anfahrvorgang) bzw. geregelt werden (kontiaufgrund von innerhalb der Höhe der oszillierenden nuierlicher Gießvorgang).

Stranggießkokille in gestuften Abständen angeord- Ein derartiges Verfahren dient der störungsfreien Er-

nete Thermoelementen, beginnend am Kokillenein- zeugung von Gußsträngen mit einer für hohe Ansprü-

gangsbereich und endend im Kokillenausgangsbe- ehe geeigneten Oberfläche und einer weitestgehend

reich, Temperaturen gemessen und bei einer Lage 10 fehlerfreien inneren Werkstoffstruktur,

der Thermoelementmeßstellen dicht unter der vom Störungen während des Gießbetriebs treten hin und

flüssigen Metall benetzten Stranggießkokillen-In- wieder auf, wobei der in der Stranggießkokille eine er-

nenwandfläche gleichzeitig ein Temperaturprofil er- ste Schale bildende Gußstrang sich schrägstellt und sich

stellt wird und danach die Metallzufuhr zur Strang- in dem Gießraum der Stranggießkokille verklemmt Die

gießkokille bzw. die Strangabzugsgeschwindigkeit \r. Fachleute bezeichnen eine solche Störung auch als

gesteuert (Anfahrvorgang) bzw. geregelt werden »Kleber«, weil der Gußstrang einseitig in der Strang-

(kontinuierlicher Gießvorgang), dadurch ge- gießkokille kleben bleibt

kennzeichnet, daß das Temperaturprofil (19) Es ist bekannt (Vortrag auf der American Iron and

nahezu verzögerungsfrei gemessen wird und mit Steel Society (AIS)-Tagung in Pittsburgh/USA, Sept

diesen Werten gleichzeitig eine Strangschalendik- 20 1983), eine Störung des Gießvorgangs aufgrund einer

kenberectawng in einem Meßwertrechner (18) er- sog. Durchbruchsicherung, & h. einer Anordnung von

folgt und danach zumindest die Parameter für Gieß- Thermoelementen in der Stranggießkokille, zu vermei-

spiegelregelung (8), Kühlungsintensität (9), Oszilla- den. Die bekannte Anordnung der Thermoelemente

tion (Hubhöhe, Frequenz) eingestellt werden sowie (Thermoelementlage) besteht aus 2x4 Thermoele-

die Gießpulvermenge bzw. die Gießpulverqualität 25 menten in einer Kokillenwand von 50 bis 70 mm Dicke,

gewählt werden. und zwar in den Breitseiten-Kokilienwänden und in den

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schmalseiten-Kokillenwänden zugleich:. Die Thermozeichnet, daß eine Messung der Anliegezone (26) elemente liegen hierbei etwa in der Mitte der Kokillenbzw, des Spaltes (12a bzw. 126) zwischen Strang- wanddicke. Der Wärmestrom aus dem flüssigen Metall schale (25) und Stranggießkokillen-Innenwandfläche 30 hat daher eine Strecke von ca. 25 bis 35 mm zurückzulegen kontinuierlich durchgeführt wird, wobei bei stei- gen, bevor ein MeSsignal an dem jeweiligen Thermoelegender Tem;reraturtendenz die Konizität der Kokil- ment erzeugt wird (Thermoelementlage in der Kupfer-Ienwand geringer eingestellt und bei fallender Tem- platte). Eine solche Anordnung der Thermoelemente peraturtendenz die Konizität der Kokillenwand stei- gestattet zwar ein Nacharbeiten verschlissener Kokiller eingestellt wird. 35 lenwände. Die Reaktionszeit bis zur Erzeugung des

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Meßsignals wird jedoch nachteilig erhöht Die Erzeur.ach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich- gung des Meßsignals muß nämlich unter Berücksichtinet, daß zum Stranggießen von rechteckförmigen gung der Oszillation der Stranggießkokille erfolgen. Ei-Gußsträngen, sog. Brammengußsträngen bzw. Vor- ne wirklichkeitsgetreue Messung des Temperaturprofils blockgußsträngen, die Thermoelemente (13a bis i3j) 40 durch Thermoelemente kann dahtr nur bei richtiger ausschließlich in den Schmalseitenplatten (7) der Anordnung der Thermoelemente erfolgen. Insofern gibt Stranggießkokille (6) angeordnet sind, die Thermo- die bekannte Anordnung von Thermoelementen in zwei elemente (13a bis 13y) an einen Verstärker, der Ver· Ebenen zu je vier Thermoelementen keine gute Grundstärker an einen Analog-Digital-Wandler (16) und lage für die Messung des tatsächlichen Temperaturprodieser an eine programmierbare Steuerung (17) und 45 filsab.

an einen Meßwertrechner (18) angeschlossen sind. Es ist außerdem bekannt (Klepzig Fachberichte 80

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- (1972), Seiten 491 bis 494), die Messung der Wärmezeichnet, daß die Thermoelemente (13a bis 13j) in stromdichte mit Thermoelementen in der Kupferplatte den konisch einstellbaren Schmalseitenplatten (7) einer Stranggießkokille vorzunehmen, wobei die Therder Stranggießkokille (6) angeordnet sind. 50 moelemente in einer 40 mm dicken Kupferplatte durch

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, da- Bohrungen in Stranglängsrichtung in verschiedenen durch gekennzeichnet, daß bei einem stark gefächer- Abständen vom Gießspiegel angeordnet sind. Der Abten Breitenprogramm für die Gußstrangbreite Stand von der dem Stahl zugewandten Oberfläche der (Wechsel der Strangbreite) eine höhere Anzahl von Kokillenplatte betrug 10 mm. Bei einer derartig gewähl-Thermoelementen(13abisl3X)vorgesehenistalsbei 55 ten Meßmethode wird der Temperaturgradient in der einer unveränderbaren. Breite des Gußstrangs. Kokillenwand bestimmt. Da sowohl die genaue Lage

der Thermoelemente in den Bohrungen als auch ihr

Kontakt mit der Kokillenplatte nicht genau festzustellen sind und sich dies in erheblichem Maße auf die Ver-60 Suchsergebnisse auswirken kann, bleiben die erzielten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrich- Meßwerte zunächst fragwürdig. Die bekannte Meßme-

tung zum Stranggießen von flüssigen Metallen, insbe- thode ist daher unsicher und bedarf einer ebenso unsi-

g sondere von flüssigem Stahl, bei dem aufgrund von in- cheren Auslegung. Auf der Grundlage der bekannten

§ nerhalb der Höhe der oszillierenden Stranggießkokille Meßmethode ist es vor allen Dingen nicht möglich, die

U in gestuften Abständen angeordnete Thermoelementen, 65 Meßwerte unmittelbar in die Praxis umzusetzen, um

|| beginnend am Kokilleneingangsbereich und endend im diese gleichzeitig zur Erstellung eines Temperaturpro-

W Kokillenausgangsbereich, Temperaturen gemessen und fils heranzuziehen. Die bekannte Lösung ist daher für

ig bei einer Lage der Thermoelementmeßstellen dicht un- eine schnelle Meßmethode nicht brauchbar.