EP0026487A1 - Verfahren zum Stahlstranggiessen - Google Patents

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EP0026487A1 EP80105844A EP80105844A EP0026487A1 EP 0026487 A1 EP0026487 A1 EP 0026487A1 EP 80105844 A EP80105844 A EP 80105844A EP 80105844 A EP80105844 A EP 80105844A EP 0026487 A1 EP0026487 A1 EP 0026487A1
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the mold geometry in the continuous steel casting of billets and blooms.
  • This object is achieved in that the actual value of the heat dissipation of the mold is determined while the casting operation is running, compared with a target value predetermined as a function of the carbon content and the dwell time of the cast steel in the mold and if the actual value deviates therefrom A harmful change in the mold geometry is determined by a predetermined amount.
  • the heat dissipation of the mold is determined, for example, by the heat absorbed by the cooling water and compared with a target value.
  • This target value depends on the carbon of the steel to be cast and the length of time of the strand in the mold.
  • the detrimental change in the mold geometry indicating, predetermined amount of deviation depends both on the casting conditions, in particular the casting speed and casting temperature, as well as to the required quality of the final product, such as in terms Rhomboidmaschine, Kantenlän g srissen and transverse cracks. If the measured value for heat dissipation deviates from the target value by more than the previous one If this amount is given, this is considered an indication of insufficient mold geometry, and further measures to ensure a corresponding strand quality must be carried out. Thus there is an ongoing possibility of checking the condition of a mold in the casting operation. As a result, strand damage that may occur can be recognized or prevented in good time due to an insufficient mold geometry.
  • the permissible deviation of the actual value from the specified target value is advantageously between 15 and 30 of the target value, depending on experience. Within this area, this depends on parameters such as casting speed or requirements on the strand quality.
  • the deviation is only slightly greater than the above-mentioned tolerable amount of 15 to 30%, it is advantageous to measure the mold after the current casting has ended and, if necessary, to replace it. Whether and when such a mold change takes place depends on internal quality criteria, which vary from plant to plant. In any case, a time-consuming measurement of the mold after each casting is no longer necessary and the time saved achieves an economic advantage.
  • the casting speed is advantageously reduced or the casting is stopped.
  • the curve labeled 1 represents target values for the amount of heat to be dissipated as a function of the carbon content of the cast steel. This curve applies to a residence time of the cast strand or strand element in the mold of one minute.
  • the effective mold length (in m) divided by the casting speed (in m. Min 1 ) is defined as the residence time (in min).
  • the effective mold length in turn is the distance between the bath level of the strand being formed in the mold and the mold end.
  • This curve 1 also applies to billet and small blooms that are cast with oil lubrication in the mold.
  • the target value for the amount of heat to be dissipated according to the curve is approximately 13.7. 10 3 kcal. m -2 .
  • the tolerated deviation of + 20% from this value as a predetermined amount - this corresponds to approximately medium quality requirements for the steel to be cast - there is therefore a sufficient mold geometry when the amount of heat dissipated is between 11.0 - 16.4. 1 0 3 kcal. m -2 is determined.
  • the amount of heat dissipated is 10.8. 10 3 kcal. m- 2 , this is considered an indication of a disturbed, harmful mold geometry, and the mold will be terminated after the current Cast iron measured.
  • the measured value is, for example, significantly lower than the above-mentioned, tolerated lower limit of 11.0. 10 kcal. m -2 , e.g. at 10.0. 10 kcal. m -2 , this is interpreted as an indication of a severely disturbed mold geometry and, as a breakthrough must be feared, the casting is stopped.
  • H X is the specific value of the amount of heat dissipated in the mold (in 10 3 kcal. M -2 ), H is the target value for the amount of heat to be dissipated (in 10 kcal. M -2 ), depending on the carbon content of the cast steel, and t is the actual residence time of a strand element in the mold (in min), this residence time resulting from the effective mold length (in m) divided by the casting speed (in m. min 1 ).
  • the amount of heat removed can be determined by measuring the increase in temperature of the mold cooling water entering and leaving. The comparison of this amount of heat with the corresponding target values can be done manually using a predefined diagram or using a comparator on an electronic basis. If the deviation is unauthorized, an optical or acoustic signal can be generated. Depending on the strength of this signal, the various measures, as described, can then be taken.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Verfahren zur Ueberwachung der Kokillengeometrie beim Stranggiessen von Knüppeln und Vorblöcken aus Stahl. Dabei wird bei fortgesetztem Giessbetrieb der Ist-Wert der Wärmeabfuhr der Kokille gemessen und mit einem Soll-Wert verglichen. Bei einer Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Betrag wird eine schädliche Kokillengeometrie festgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ueberwachung der Kokillengeometrie beim Stahlstranggiessen von Knüppeln und Vorblöcken.
  • Es ist bekannt, durch allseitige konische Ausbildung des Formhohlraumes in Stranglängsrichtung von Kokillen zum Giessen von Knüppeln und Vorblöcken die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Damit wird auch das Schalenwachstum begünstigt. Verschiedentlich wird angegeben, in welcher Weise die Konizität der Schwindung anzupassen ist, um den positiven Effekt hinsichtlich der Wärmeabfuhr und des Schalenwachstums ohne zu grosse Kokillenreibung zu erhalten. Eine jedoch einmal optimierte Kokillengeometrie verändert sich im Laufe des Einsatzes durch Verschleiss und/oder Verzug derart, dass z.B. die vorgegebene Konizität aufgehoben wird oder sogar eine umgekehrte Konizität auftritt. Bei einer ungenügenden Kokillengeometrie können Schäden am gegossenen Strang, z.B. Risse bzw. Durchbrüche auftreten.
  • Es ist ebenfalls bekannt, dass der Kohlenstoffgehalt bei unlegierten Stählen die Wärmeabfuhr und Kokillenreibung sehr unterschiedlich beeinflusst. Daher wird auch der Kohlenstoffgehalt bei der Optimierung der Konizität berücksichtigt.
  • Um Schäden zu vermeiden, ist es in der Praxis daher üblich, die Kokillengeometrie mittels entsprechender Lehren von Zeit zu Zeit ausserhalb des Giessbetriebes zu überprüfen. Dazu müssen jedoch aufwendige und zeitraubende Messungen mit Mikrometern oder elektronischen Lehren an der Kokille in den Giesspausen vorgenommen werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ueberwachung der Kokillengeometrie zu schaffen, mit dem der Zustand der Kokille mit einfachen Mitteln während des laufenden Giessbetriebes kontrolliert werden kann, um unerwünschte Aenderungen an der Kokille frühzeitig zu erkennen und um wirtschaftlich nachteilige Strangschäden, wie z.B. Risse bzw. Durchbrüche,zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei laufendem Giessbetrieb der Ist-Wert der Wärmeabfuhr der Kokille bestimmt, mit einem, in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und der Verweilzeit des vergossenen Stahles in der Kokille vorgegebenen Soll-Wert verglichen und bei Abweichen des Ist-Wertes von diesem Soll-Wert um einen vorgegebenen Betrag eine schädliche Veränderung der Kokillengeometrie festgestellt wird.
  • Dabei wird die Wärmeabfuhr der Kokille z.B. über die vom Kühlwasser aufgenommene Wärme bestimmt und mit einem Soll-Wert verglichen. Dieser Soll-Wert ist abhängig vom Kohlenstoff des zu vergiessenden Stahles und der Verweilzeit des Stranges in der Kokille. Der eine schädliche Veränderung der Kokillengeometrie anzeigende, vorgegebene Betrag der Abweichung richtet sich sowohl nach den Giessbedingungen, insbesondere der Giessgeschwindigkeit und Giesstemperatur, als auch nach den Qualitätsanforderungen des Endproduktes, wie z.B. hinsichtlich Rhomboidität, Kantenlängsrissen und Querrissen. Liegt eine Abweichung des gemessenen Wertes für die Wärmeabfuhr vom Soll-Wert um mehr als den vorgegebenen Betrag vor, so gilt dies als Anzeige für eine ungenügende Kokillengeometrie, und weitere Massnahmen zur Sicherstellung einer entsprechenden Strangqualität sind durchzuführen. Somit besteht eine laufende Kontrollmöglichkeit des Zustandes einer im Giessbetrieb stehenden Kokille. Dadurch können wegen einer ungenügenden Kokillengeometrie eventuell auftretende Strangschäden rechtzeitig erkannt bzw. verhindert werden.
  • Die zulässige Abweichung des Ist-Wertes vom vorgegebenen Soll-Wert liegt vorteilhaft je nach den Erfahrungen zwischen 15 und 30 des Soll-Wertes. Dies richtet sich innerhalb dieses Bereiches nach Parametern wie Giessgeschwindigkeit oder Anforderungen an die Strangqualität.
  • Vorteilhaft wird bei einer nur geringfügig grösseren Abweichung als es dem obgenannten, tolerierbaren Betrag von 15 bis 30 % entspricht, die Kokille nach Beendigung des laufenden Gusses ausgemessen und gegebenenfalls ausgewechselt. Ob und wann ein solches Auswechseln der Kokille stattfindet, hängt von internen Qualitätskriterien ab, die von Werk zu Werk unterschiedlich sind. Jedenfalls ist ein zeitraubendes Ausmessen der Kokille nach jedem Guss nicht mehr notwendig und der erzielte Zeitgewinn bringt einen wirtschaftlichen Vorteil.
  • Vorteilhaft wird bei wesentlich grösserer Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert der abgeführten Wärmemenge, als es dem obgenannten Betrag von 15 bis 30 % entspricht, die Giessgeschwindigkeit gesenkt oder der Guss abgebrochen. Bei diesen Sofortmassnahmen aufgrund der festgestellten ungenügenden Kokillengeometrie werden Schäden am Strang bzw. bei einem Durchbruch auch an der Giessanlage durch den ermöglichten unmittelbaren Eingriff in den Giessbetrieb vermieden.
  • Das Verfahren wird anhand eines Beispieles unter Zuhilfenahme einer Figur näher beschrieben.
  • Auf der Ordinate der Figur ist die Wärmemenge H (in 103 kcal . m-2), und auf der Abszisse in logarithmischem Massstab die Kohlenstoffgehalte für den am meisten interessierenden Bereich der unlegierten Stähle zwischen 0,03 und 1,0 Gew.% Kohlenstoff aufgetragen. Die mit 1 bezeichnete Kurve stellt Soll-Werte für die abzuführende Wärmemenge in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der abgegossenen Stähle dar. Dabei gilt diese Kurve für eine Verweilzeit des gegossenen Stranges bzw. eines Strangelementes in der Kokille von einer Minute. Als Verweilzeit (in min) wird die wirksame Kokillenlänge (in m) geteilt durch die Giessgeschwindigkeit (in m . min 1) definiert. Die wirksame Kokillenlänge wiederum ist der Abstand zwischen dem Badspiegel des sich bildenden Stranges in der Kokille bis zum Kokillenende. Diese Kurve 1 gilt ferner für Knüppel- und kleine Vorblockformate, die mit Oelschmierung in der Kokille vergossen werden. Für einen unlegierten Kohlenstoffstahl mit einem Gehalt von 0,10 Gew.% Kohlenstoff liegt der Soll-Wert für die abzuführende Wärmemenge gemäss der Kurve bei etwa 13,7 . 103 kcal . m-2. Bei einer tolerierten Abweichung von + 20 % von diesem Wert, als vorgegebener Betrag, - das entspricht etwa mittleren Qualitätsanforderungen für den zu giessenden Stahl - liegt daher eine ausreichende Kokillengeometrie dann vor, wenn die abgeführte Wärmemenge zwischen 11,0 - 16,4 . 10 3 kcal . m-2 bestimmt wird.
  • Liegt nun eine nur geringfügig grössere Abweichung als es diesen genannten Grenzen entspricht vor, z.B. beträgt die abgeführte Wärmemenge 10,8 . 103 kcal . m-2, so gilt dies als Anzeige für eine gestörte, schädliche Kokillengeometrie, und die Kokille wird nach Beendigung des laufenden Gusses ausgemessen. Liegt der gemessene Wert z.B. jedoch wesentlich niedriger als die obgenannte, tolerierte untere Grenze von 11,0 . 10 kcal . m-2, z.B. bei 10,0 . 10 kcal . m-2, so wird dies als Anzeige einer stark gestörten Kokillengeometrie gewertet und, da ein Durchbruch befürchtet werden muss, wird der laufende Guss abgebrochen.
  • Bei unterschiedlichen tatsächlichen Verweilzeiten eines Strangelementes in der Kokille, die bei verschiedenen Kokillenlängen oder unterschiedlichen Giessgeschwindigkeiten auftreten können, ist die Kokillengeometrie bei der als Beispiel angenommenen tolerierten Abweichung von + 20 % dann noch als ausreichend zu betrachten, wenn der gemessene Wert HX im Bereich der Beziehung:
    Figure imgb0001
    liegt.
  • Dabei ist HX der bestimmte Wert der abgeführten Wärmemenge in der Kokille (in 103 kcal . m-2), H der Soll-Wert für die abzuführende Wärmemenge (in 10 kcal . m-2), je nach Kohlenstoffgehalt des gegossenen Stahles, und t die tatsächliche Verweilzeit eines Strangelementes in der Kokille (in min), wobei sich diese Verweilzeit aus der wirksamen Kokillenlänge (in m) geteilt durch die Giessgeschwindigkeit (in m . min 1) ergibt.
  • Die Bestimmung der abgeführten Wärmemenge kann über eine Messung der Temperaturzunahme des ein- und austretenden Kokillenkühlwassers erfolgen. Der Vergleich dieser Wärmemenge mit den entsprechenden Soll-Werten kann mittels eines vorgegebenen Diagrammes manuell oder über einen Vergleicher auf elektronischer Basis geschehen. Bei unerlaubter Abweichung kann ein optisches oder akustisches Signal erzeugt werden. Je nach Stärke dieses Signals können dann die unterschiedlichen Massnahmen, wie ausgeführt, getroffen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Ueberwachung der Kokillengeometrie beim Stahlstranggiessen von Knüppeln und Vorblöcken, dadurch gekennzeichnet, dass bei laufendem Giessbetrieb der Ist-Wert der Wärmeabfuhr der Kokille bestimmt, mit ei- nem, in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und der Verweilzeit des vergossenen Stahles in der Kokille vorgegebenen Soll-Wert verglichen und bei Abweichen des Ist-Wertes von diesem Soll-Wert um einen vorgegebenen Betrag eine schädliche Veränderung der Kokillengeometrie festgestellt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert von 15 - 30 % als zulässig angesehen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nur geringfügig grösseren Abweichung als 15 - 30 % die Kokille nach Beendigung des laufenden Gusses ausgemessen und gegebenenfalls ausgewechselt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei wesentlich grösserer Abweichung als 15 - 30 % die Giessgeschwindigkeit gesenkt oder der Guss abgebrochen wird.
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