DE4125146A1

DE4125146A1 - Verfahren zur erhoehung der giesssicherheit

Info

Publication number: DE4125146A1
Application number: DE19914125146
Authority: DE
Inventors: Ludwig Hering; Andreas Gaul
Original assignee: EKO STAHL AG
Current assignee: ArcelorMittal Eisenhuettenstadt GmbH
Priority date: 1991-07-30
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: DE4125146C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Gießsicherheit beim Vergießen von Stahl durch Vermeidung von Schalenhänger in der Kokille einer Stranggießanlage.

Die bekannten Verfahren zur Verhinderung von Strangdurchbrüchen beim Vergießen von Stahl auf Stranggießanlagen lassen sich zwei Methoden zuordnen. Eine der Methoden zur Verhinderung eines Strangdurchbruches basiert auf der Messung physikalischer Größen. Man bedient sich dabei verschiedener Parameter der empirischen Bewertung der Reibkraft zwischen Strang und Kokille, so z. B. in
- AT-PS 3 77 935 durch Vergleich eines Signals aus der Relativbewegung während der Kokillenoszillation anhand erzeugter Wirbelströme,
- Stahl und Eisen (1979) 14 S. 737-745 durch mittels Beschleunigungsmeßgeber (ML-Tektor) erhaltene Signale,
- DE-PS 29 23 900 durch elektrische Signale von Kraftmeßdosen oder Dehnmeßstreifen.

Nachteilig wirkt sich bei diesen Verfahren aus, daß nur ein Vergleich des gemessenen Signals mit einem mittleren Wert der Gießtechnologie, wo eine geringe Durchbruchgefährdung existiert, möglich ist.

Die zweite Methode der Durchbruchfrüherkennung basiert auf der Verfolgung der Wärmearbeit der Kokille, bei der nach Messung der Differenztemperatur an einer Kokille oder der Temperaturen an einzelnen Stellen in der Kokillenplatte eine Bewertung vorgenommen wird. So z. B. in der
- DE-PS 34 23 475, wo das zeitliche Änderungsverhalten der gemessenen Thermospannungen von zahlreichen in den Kokillenplatten eingebauten Thermoelementen verfolgt wird.

Die Effektivität der bekannten Lösungen ist jedoch auf Grund der ungenauen Bewertungsgrundlagen für die maßgebliche Gefährdung des Aufreißens der Strangschale noch unzureichend. Die Verhinderung von Durchbrüchen infolge von Schalenhängern (Klebern) gelingt deshalb nur bei einem verhältnismäßig starken Abweichen der registrierten Größen vom Normalzustand, wobei der Normalzustand ein nicht immer vergleichbarer Zustand ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Gießsicherheit durch Vermeidung von Schalenhänger beim Vergießen von Stahl auf einer Stranggießanlage zu erhöhen, um somit die Effektivität beim Stranggießen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während des Gießens an einer Stranggießanlage die aktuelle integrale Wärmestromdichte ermittelt sowie die Gießgeschwindigkeit und die Temperatur der Stahlschmelze gemessen werden. Diese Größen werden anschließend in Verbindung mit der zu vergießenden Stahlmarke und dem eingesetzten Gießpulver einer Bewertung unterzogen, wobei die Bewertung der Stahlmarke durch Ermittlung der Festigkeit der Strangschale in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und der Dicke der Strangschale zu erfolgen hat. Das eingesetzte Gießpulver ist im Sinne der Schmierfähigkeit derart zu bewerten, daß anhand des integralen Wärmestromes und der Temperatur der Schmelze die aktuelle Viskosität der Gießspiegelschlacke bestimmt werden kann. Verfahrensgemäß dient die durch die aktuelle Viskosität der Gießspiegelschlacke beeinflußte Wärmeabfuhr zu einer Begrenzung der Reibkraft zwischen Strang und Kokille in Abhängigkeit von der aktuellen Festigkeit der Strangschale. Die aktuelle erträgliche Zugkraft F_max eines Gießstranges hat danach der anstehenden Reibkraft F_R zwischen Strang und Kokille zu genügen, daß heißt es muß die Bedingung F_max<F_R beim Gießprozeß eingehalten werden. Vor dem Erreichen eines kritischen Niveaus, d. h. ab dem Zeitpunkt, wo die Reibkraft die maximal zulässige Zugkraft der Strangschale übersteigt, ist die Gießgeschwindigkeit zu senken, womit die Zugbelastungen infolge der Verringerung der Relativbewegung zwischen Strang und Kokille gesenkt und das Schalenwachstum und somit die Gefahr des Aufreißens der Strangschale beseitigt werden kann. Die Begrenzung der Reibkraft in der Kokille auf ein Maß, welches ein Aufreißen der Strangschale vermeidet, verhindert demzufolge Schalenhänger als wesentliche Ursache für einen Strangdurchbruch. Durch die Regelung der Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der aktuellen Viskosität der Gießspiegelschlacke in der Kokille ist eine effektive Fahrweise an einer Stranggießanlage möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Verlauf von Reibkraft und max. Zugkraft,

Fig. 2 Zusammenhang zwischen Gießspiegelschlacke und der mittleren Dicke des Schlackefilms und der integralen Wärmestromdichte,

Fig. 3 Einfluß der Temperatur und des Tonerdegehaltes auf die Viskosität der Gießpulverschlacke,

Fig. 4 Sequenzguß mit Durchbruchfolge.

Das Beispiel bezieht sich auf die Anwendung des Verfahrens beim Vergießen eines allgemeinen Baustahls (0,5% C, 0,6% Mn) auf einer Brammenstranggießanlage bei einer Gießgeschwindigkeit von 1,0 m/min und einer Schmelztemperatur von 1545°C unter Einsatz eines Gießpulvers mit einer Viskosität von 0,27 Pa · s bei 1300°C.

Ausgehend von der Entstehungsursache für Schalenhänger, dem Aufreißen der Strangschale infolge zu starker Reibung zwischen Strang und Kokille ist eine Betrachtung der Viskosität des Schmierfilms notwendig. Die Betrachtung der Viskosität des Schmierfilms stützt sich dabei auf die Feststellung, daß für die flüssige Gießpulverschlacke ein nach dem Newtonschen Gesetz

F_R = Reibkraft
η = Viskosität der Gießspiegelschlacke
A = Reibfläche
ΔV = Geschwindigkeitsänderung
Δd = Änderung der Dicke des Schmierfilms

gültiges Verhalten vorliegt, auf deren Grundlage maßgebende Annahmen zur Bewertung der Höhe der Reibkraft getroffen werden können. Ausgehend von der aus praktischen Erkenntnissen gewonnenen Aussage, daß Schalenhänger ihren Ausgangspunkt im Aufreißen der Strangschale nahe dem Meniskus haben, erfolgt eine auf diesen Bereich zugeschnittene Reibkraftberechnung und Berechnung der Schalenstärke zur physikalischen Ermittlung der Zugfestigkeit der Strangschale. Aus der On-Line-Bewertung der integralen Wärmestromdichte Q_F läßt sich der Charakter der Beeinflussung von Viskosität η und der Schlackenfilmdicke d_s für das verwendete Gießpulver ermitteln.

In Fig. 2 wird dazu ein typischer Verlauf dargestellt, der den Zusammenhang zwischen der Viskosität der Gießspiegelschlacke η_M, der mittleren Dicke des Schlackefilms d und der integralen Wärmestromdichte Q_F zeigt. Die Viskosität für die Gießspiegelschlacke ist aus der mittels Rotationsviskosimeter zu erhaltenen Abhängigkeiten von Temperatur- und Komponentenänderung für das verwendete Gießpulver zu bestimmen.

In Fig. 3 sind diese Abhängigkeiten am Beispiel der Tonerde (Al₂O₃)-Zunahme dargestellt. Die reale Ermittlung der Viskosität der Gießpulverschlacke und deren Dicke sowie die Stärke und die Temperatur der Strangschale werden aus der Kenntnis der Wärmestromdichte ermittelt und in Form einer Grenzwertbetrachtung für die Sicherheit des Gießprozesses bewertet. Eine Limitierung der Verhältnisse, bei denen die Reibkraft die maximal zulässige Zugkraft der Strangschale überschreitet, dient der Verhinderung von Strangdurchbrüchen infolge von Schalenhängern. In Fig. 1 ist der Verlauf von maximaler Zugkraft F_max und Reibkraft F sowie der kritische Bereich für das Aufreißen einer Strangschale in der Kokille dargestellt. Für den in diesem Beispiel verwendeten Baustahl erfolgt die Ermittlung der Reibkraft nach der Beziehung

η_M = Viskosität der Gießspiegelschlacke
V_rel = relative Geschwindigkeit Strang/Kokille
d_s = Dicke des Schlackefilms

Infolge der örtlichen Betrachtung wird für die Reibfläche A=1 gesetzt. Die maximal zulässige Zugkraft für die Strangschale errechnet sich für den betrachteten Schalenquerschnitt nach

F_max = R_m · s_eff²
R_m = Zugfestigkeit des Stahls (f(T))
s_eff = Dicke der tragfähigen Strangschale (0,5 · s)

Auf Grund der Änderung der integralen Wärmestromdichte für das verwendete Gießpulver durch die Änderung des aktuellen Tonerdegehaltes der Gießspiegelschlacke ergeben sich bei der Schmelztemperatur von 1545°C und der Gießgeschwindigkeit von 1 m/min folgende Werte:

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß mit einem Zuwachs an Al₂O₃-Gehalt in der Gießspiegelschlacke ein Abfall der Wärmestromdichte einhergeht und die Viskosität stark ansteigt. Weiterhin ist erkennbar, daß für die gewählten Gießbedingungen eine Begrenzung der integralen Wärmestromdichte bei ca. 1070 kW/m² durch Senkung der Gießgeschwindigkeit erfolgen muß, um die Bedingung F_max<F_R einzuhalten und somit ein Aufreißen der Strangschale zu vermeiden. Eine Nichtbeachtung dieses Zusammenhanges erhöht die Gefahr des Schalenhängers mit Durchbruchfolge, was in Fig. 4 dokumentiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der Gießsicherheit beim Vergießen von Stahl durch Vermeidung von Schalenhänger in der Kokille einer Stranggießanlage, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der aktuellen Viskosität der Gießspiegelschlacke und der von ihr beeinflußten Wärmeabfuhr die zwischen Gießstrang und Kokille auftretende Reibkraft in Abhängigkeit von der aktuellen Festigkeit der Strangschale durch Regelung der Gießgeschwindigkeit so begrenzt wird, daß die anstehende Reibkraft die maximal zulässige Zugkraft der Strangschale nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der aktuellen Viskosität der Gießspiegelschlacke die integrale Wärmestromdichte erfaßt wird und die Gießgeschwindigkeit sowie die Temperatur der Stahlschmelze gemessen werden und diese Größen in Verbindung mit der zu vergießenden Stahlmarke und dem eingesetzten Gießpulver einer Bewertung unterzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung der Stahlmarke durch Ermittlung der Festigkeit der Strangschale in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Temperatur und der Dicke der Strangschale zu erfolgen hat.