DE4125146A1 - Verfahren zur erhoehung der giesssicherheit - Google Patents
Verfahren zur erhoehung der giesssicherheitInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
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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.
- 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.
- 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 Fmax eines Gießstranges hat danach der anstehenden
Reibkraft FR zwischen Strang und Kokille zu genügen, daß heißt
es muß die Bedingung Fmax<FR 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
FR = Reibkraft
η = Viskosität der Gießspiegelschlacke
A = Reibfläche
ΔV = Geschwindigkeitsänderung
Δd = Änderung der Dicke des Schmierfilms
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 QF läßt sich der Charakter der Beeinflussung
von Viskosität η und der Schlackenfilmdicke ds für das
verwendete Gießpulver ermitteln.
In Fig. 2 wird dazu ein typischer Verlauf dargestellt, der den
Zusammenhang zwischen der Viskosität der Gießspiegelschlacke ηM,
der mittleren Dicke des Schlackefilms d und der integralen Wärmestromdichte
QF 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 Fmax 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
ηM = Viskosität der Gießspiegelschlacke
Vrel = relative Geschwindigkeit Strang/Kokille
ds = Dicke des Schlackefilms
Vrel = relative Geschwindigkeit Strang/Kokille
ds = 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
Fmax = Rm · seff²
Rm = Zugfestigkeit des Stahls (f(T))
seff = Dicke der tragfähigen Strangschale (0,5 · s)
Rm = Zugfestigkeit des Stahls (f(T))
seff = 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
Fmax<FR 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 (3)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914125146 DE4125146C2 (de) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Verfahren zur Erhöhung der Gießsicherheit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914125146 DE4125146C2 (de) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Verfahren zur Erhöhung der Gießsicherheit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4125146A1 true DE4125146A1 (de) | 1993-02-04 |
DE4125146C2 DE4125146C2 (de) | 1996-12-05 |
Family
ID=6437277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914125146 Expired - Fee Related DE4125146C2 (de) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Verfahren zur Erhöhung der Gießsicherheit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4125146C2 (de) |
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US5931215A (en) * | 1995-04-19 | 1999-08-03 | Mannesmann Ag | Process for controlling the operation of a vertically guided mold for the casting of a billet |
US8162030B2 (en) | 2008-06-25 | 2012-04-24 | Sms Siemag Aktiengesellschaft | Mold for casting metal |
WO2016029901A1 (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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DE3423475C2 (de) * | 1984-06-26 | 1986-07-17 | Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf | Verfahren und Einrichtung zum Stranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von flüssigem Stahl |
EP0389139A2 (de) * | 1989-03-20 | 1990-09-26 | Inland Steel Company | Durchbruch-Feststellung beim Stranggiessen |
-
1991
- 1991-07-30 DE DE19914125146 patent/DE4125146C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE4125146C2 (de) | 1996-12-05 |
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Legal Events
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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