EP0885675A1 - Method and apparatus for forseeing a break-out during continuous casting of steel with an oscillating mould - Google Patents

Method and apparatus for forseeing a break-out during continuous casting of steel with an oscillating mould Download PDF

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EP0885675A1
EP0885675A1 EP98110735A EP98110735A EP0885675A1 EP 0885675 A1 EP0885675 A1 EP 0885675A1 EP 98110735 A EP98110735 A EP 98110735A EP 98110735 A EP98110735 A EP 98110735A EP 0885675 A1 EP0885675 A1 EP 0885675A1
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EP
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mold
oscillation
strand
breakthrough
measurement data
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EP98110735A
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Fritz-Peter Prof. Dr.-Ing. Pleschiutschnigg
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SMS Siemag AG
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Breakthrough early detection in the continuous casting of steel with a Copper plates trained, oscillating mold, by continuous and comparative measurement of operating parameters, e.g. the local and temporal temperature distribution in the copper plates with analysis of the measurement data obtained.
  • Another method is using accelerometers tries to breakdown-relevant disorders in the form of movement with respect to three spatial axes during the mold oscillation capture. Deficiencies in this system occur in that it does Measurements do not always have a clear breakthrough with high probability capture. This has the consequence that the measuring system before a breakthrough either triggers false alarms or an alarm is given late or not at all.
  • a plate mold for slabs is known from DE 24 15 224 C3, whose mold walls have cooling chambers that have limited cooling areas include.
  • At the water supply and drain lines of the broadsides are Measuring elements for determining the amount of heat dissipated or Cooling capacities connected. Furthermore, in the measuring elements at the same time an average value of the cooling capacity of the cooling chambers formed, which is fed to an averager, with which the conicity of the narrow sides can be controlled. A Breakthrough early detection with satisfactory accuracy not feasible due to the measurement of the heat flows in the mold.
  • An acceleration measurement of the mold is also possible with the help of known at least three accelerometers on the mold, the deviations in the mold movement (wobble) as a breakthrough criterion capture.
  • the present invention is based on the aforementioned prior art the task of a method and a device for early breakthrough detection state with the highest possible probability for a precise assessment of signs of a acute breakthrough tendency in the continuous casting of steel enables becomes.
  • the method and the device should be as extensive as possible be feasible with known means and measuring devices.
  • the problem is solved with a method for early breakthrough detection in the continuous casting of steel that in the preamble of Claim 1 type with the invention in that to increase the probability of a precise assessment of signs an acute breakthrough tendency two measurement data to be compared both with each other and with measurement data from at least one third series of measurements are coupled and preferably analyzed online will.
  • This partial adhesion or the effect of the lubrication between the mold and the strand can be determined, for example, with the aid of a line scan camera.
  • an embodiment of the invention provides that comparative measurements of mold oscillation and strand oscillation on different circumferential areas of mold and strand be performed.
  • a corresponding design of the method therefore provides that at different circumferential areas of the mold or Strange occurring disturbances in the uniformity of the friction through comparative measurements of the strand circumference or the Strand width can be localized.
  • an embodiment of the invention provides that the mold oscillation and the strand oscillation to be compared with it preferably measured at the four corner points of the mold, and continuously compared and analyzing disruptions Measured data obtained in an electronic evaluation system recognized and with predetermined, breakthrough-relevant signals compared and at recognizable breakthrough trend measures to prevent a Breakthrough.
  • a lowering the casting speed and / or a change in the addition quantity or Composition of the lubricant can be made.
  • Critical cases can be a combination of both measures to be brought.
  • the observation of the strand oscillation can be expediently used a line scan camera. Then the Appearance used that on the outside of the strand shell due to oscillation Markings are visible when the corresponding Setting can be recognized and evaluated by the line scan camera. As already stated at the beginning, can increase the probability an accurate assessment of signs of acute Breakthrough tendency an evaluation of the measurement results of the mold and Strand movement on the one hand and the temperature field in the Mold plates or the path-time behavior of the mold movement on the other hand, be coupled.
  • the evaluation computing unit 30 As soon as the evaluation computing unit 30 is a dangerous breakthrough Combination of measurement data from the individual electronic evaluation units 20-22, it generates an early warning pulse and passes this on to the signal generator 31, which in turn, symbolized by the number 100, initiates a countermeasure, For example, on actuators to reduce the casting speed 13 or acts to the increased task of lubricants 40.
  • Figure 1 further shows a cylindrical immersion pouring tube 4 Task of liquid steel 41 and from the bottom of the Mold 1 emerging casting strand 6 with clearly recognizable oscillation markings 7 on its scope.
  • accelerometers 10.1 to 10.4 are arranged and firmly connected to the top of the mold 1.
  • These accelerometers the measuring lines 15.1 to 15.4 are assigned and the Evaluation electronics 20 switched on.
  • these are Evaluation electronics 20 also the signals of the vibration exciter 5 connected with the measuring lines 25.1 and 25.2, causing interference in the path-time behavior of the mold movement in deviation from the forcibly induced oscillation excitation of the oscillators 5 can be detected.
  • FIG. 2 shows two oscillograms A and B.
  • Oscillogram A shows the typical course of a disturbance in the path-time behavior of the mold 1, for example as a result of a disturbance in the uniformity of the friction between the mold and the strand.
  • the oscillogram B shows a reciprocal vibration behavior of the cast strand 6.
  • Figure 3 shows the oscillogram C for a normal mold oscillation and the oscillogram D for normal strand oscillation without interference.
  • C1 there is a noticeable oscillation of the Drawn mold.
  • D1 there is a striking oscillation drawn.
  • Using the hatched fields C-D between normal oscillation C of the mold and normal oscillation D of the cast strand can be deduced that normal lubrication behavior or a normal partial adhesion that is to be expected according to the design is present between the mold and the strand shell.
  • the hatched field C1 - D1 shows a breakthrough criterion, because of a conspicuous lubrication behavior (defective lubrication) or an increased partial adhesion between the mold and the strand shell with a high probability of a change in the field C-D towards C1 - D1.
  • the early warning signal generator 31 would then, for example, reduce the casting speed 13 with a command to the actuators 100, for example by means of the roller drive of the continuous casting installation, and at the same time change the lubricant application 40 in the sense of more effective lubrication.
  • the time-controlled decrease in the casting speed can take place between 50% and 100% for a maximum time of 2 minutes. In this way, an actual breakthrough of liquid steel could be reliably prevented by a targeted early warning. If the breakthrough is prevented, the strand is accelerated to the desired speed in a controlled manner.

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Abstract

The method includes a continuous and comparative measurement of operating parameters such as, for example, the temporal and spatial temperature distribution in the copper mould plates, and an analysis of the measured data. Two sets of measured data are combined with at least one further measurement series and are subjected to on-line analysis. The apparatus includes a measurement and analysis system with the following elements: a) at least one oscillations acceleration sensor (10.1-10.4); b) a number of temperature sensors (11) in the mould plates; c) a line camera (12) for detection of billet oscillation; d) a billet velocity sensor (13); e) assessment units (20-22); f) a central computer unit (30); g) a unit (31) for issuing an early warning signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten ausgebildeten, oszillierenden Kokille, durch fortlaufende und vergleichende Messung von Betriebsparametern, bspw. der örtlichen und zeitlichen Temperatur-Verteilung in den Kupferplatten mit Analyse der erhaltenen Meßdaten.The invention relates to a method and an apparatus for Breakthrough early detection in the continuous casting of steel with a Copper plates trained, oscillating mold, by continuous and comparative measurement of operating parameters, e.g. the local and temporal temperature distribution in the copper plates with analysis of the measurement data obtained.

Verfahren zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten ausgebildeten oszillierenden Kokille sind bisher nur im Versuchsstadium bekannt und basieren bspw. auf Thermoelementen mit Zungen in den Kupferplatten der Kokillen. Die Durchbruchfrüherkennung wird als wichtiges Betriebsmittel angesehen, um insbesondere beim Gießen von Dünnbrammen bspw. mit einer Geschwindigkeit bis zu 6 m/Minute und darüber hinaus die Risiken und Betriebsausfälle bei Durchbrüchen der noch äußerst empfindlichen Strangschale zu vermeiden. Dabei werden Ungleichmäßigkeiten der Temperaturverteilung in den Kupferplatten über die Gießzeit gemessen, analysiert und aus den Ergebnissen Signale abgeleitet, die als Kriterien für einen Durchbruch gelten sollen.Method for early detection of breakthroughs in the continuous casting of steel with an oscillating mold made with copper plates are only known at the experimental stage and are based on, for example Thermocouples with tongues in the copper plates of the molds. The Breakthrough early detection is considered an important resource especially when casting thin slabs, for example at a speed up to 6 m / minute and beyond the risks and Breakdowns in the event of breakthroughs of the extremely sensitive Avoid strand shell. In doing so, irregularities of the Temperature distribution in the copper plates measured over the casting time, analyzed and derived from the results signals that as Breakthrough criteria should apply.

Wegen der relativ großen Wärmekapazität der Kupferplatten reagiert das bekannte Verfahren mit erheblicher Zeitverzögerung und kann daher nur mit erheblichen Einschränkungen als einigermaßen sicher gelten. Because of the relatively large heat capacity of the copper plates responds the known method with considerable time delay and can therefore only reasonably safe with considerable restrictions be valid.

Bei einem anderen Verfahren wird mit Hilfe von Beschleunigungsmessern versucht, durchbruchrelevante Störungen in der Bewegungsform bezüglich dreier Raumachsen während der Kokillenoszillation zu erfassen. Mängel bei diesem System treten insofern auf, als diese Messungen nicht immer einen Durchbruch eindeutig mit hoher Wahrscheinlichkeit erfassen. Dies hat zur Folge, daß vom Meßsystem vor einem Durchbruch entweder Fehlalarme ausgelöst oder ein Alarm zu spät bzw. überhaupt nicht gegeben wird.Another method is using accelerometers tries to breakdown-relevant disorders in the form of movement with respect to three spatial axes during the mold oscillation capture. Deficiencies in this system occur in that it does Measurements do not always have a clear breakthrough with high probability capture. This has the consequence that the measuring system before a breakthrough either triggers false alarms or an alarm is given late or not at all.

Aus der DE 24 15 224 C3 ist eine Plattenkokille für Brammen bekannt, deren Kokillenwände Kühlkammern besitzen, die begrenzte Kühlbereiche umfassen. An die Wasserzu- und -abflußleitungen der Breitseiten sind Meßglieder zur Bestimmung der abgeführten Wärmemenge bzw. der Kühlleistungen angeschlossen. Weiterhin wird in den Meßgliedern gleichzeitig ein Durchschnittswert der Kühlleistung der Kühlkammern gebildet, welcher einem Durchschnittsbildner zugeleitet wird, mit dem die Konizität der Schmalseiten gesteuert werden kann. Eine Durchbruchfrüherkennung mit zufriedenstellender Genauigkeit ist aufgrund der Messung der Wärmeströme in der Kokille nicht durchführbar.A plate mold for slabs is known from DE 24 15 224 C3, whose mold walls have cooling chambers that have limited cooling areas include. At the water supply and drain lines of the broadsides are Measuring elements for determining the amount of heat dissipated or Cooling capacities connected. Furthermore, in the measuring elements at the same time an average value of the cooling capacity of the cooling chambers formed, which is fed to an averager, with which the conicity of the narrow sides can be controlled. A Breakthrough early detection with satisfactory accuracy not feasible due to the measurement of the heat flows in the mold.

Aus der DE 41 17 073 C2 ist es bekannt, mit Hilfe einer kalorimetrischen Messung an einer Brammenkokille den integralen und spezifischen Wärmetransport an jeder einzelnen Kupferplatte zu bestimmen. Ein Vergleich der spezifischen Wärmeströme von der dem Stahl zugewandten Kupferplattenseite zur wassergekühlten Seite speziell der Schmalseiten, mit denen der zwei Breitseiten ermöglicht die Regelung der Schmalseitenkonizität unabhängig von den im einzelnen gewählten Gießparametern. Auch diese bekannte Vorrichtung eignet sich nicht für eine einigermaßen sichere Früherkennung einer akuten Durchbruchgefahr. From DE 41 17 073 C2 it is known using a calorimetric Measurement on a slab mold the integral and specific Determine heat transfer on each individual copper plate. A comparison of the specific heat flows from that facing the steel Copper plate side to the water-cooled side especially the Narrow sides with which the two broad sides allow the regulation the narrow side taper regardless of the individually selected Casting parameters. This known device is also unsuitable for a reasonably safe early detection of an acute breakthrough risk.

Die DE 195 29 931 C1 beschreibt eine Plattenkokille zur Erzeugung von Strängen aus Stahl, insbesondere Dünnbrammen, deren Breitseitenwände mindestens drei nebeneinanderliegende und voneinander unabhängige Kühlsegmente aufweisen. In der dem Strang zugewandten Wandung der Kammern sind Temperaturfühler angeordnet, mit denen mindestens die Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Kammern bzw. Zonen erfaßt werden. Eine Anregung, diese Mittel zur bereichsweisen Temperaturerfassung bei einer Kokille weiter auszubauen und für eine Durchbruchfrüherkennung in Anspruch zu nehmen, ist diesem Dokument ebenfalls nicht zu entnehmen.DE 195 29 931 C1 describes a plate mold for production of strands of steel, especially thin slabs, the broad side walls of which at least three adjacent and independent from each other Have cooling segments. In the one facing the strand Wall of the chambers are arranged with which temperature sensors at least the temperature differences between the individual chambers or zones are recorded. A suggestion to use these means for areas To further expand temperature recording in a mold and This is to be claimed for early detection of breakthroughs Document not to be removed either.

Außerdem sind Systeme bekannt, bei denen mittels in der Kokillenwand eingelassener Thermoelemente die Temperaturänderung und Verteilung über die Gießzeit beobachtet und über Differenzwertbildung eine Durchbruchsicherung aufgebaut wird.Systems are also known in which means in the mold wall embedded thermocouples the temperature change and distribution observed over the casting time and a via difference formation Breakthrough protection is built up.

Auch ist eine Beschleunigungsmessung der Kokille mit Hilfe von mindestens drei Beschleunigungsmeßgebern auf der Kokille bekannt, die Abweichungen in der Kokillenbewegung (Taumeln) als Durchbruchkriterium erfassen.An acceleration measurement of the mold is also possible with the help of known at least three accelerometers on the mold, the deviations in the mold movement (wobble) as a breakthrough criterion capture.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchbruchfrüherkennung anzugeben, mit der eine höchstmögliche Wahrscheinlichkeit für eine zielgenaue Beurteilung von Anzeichen einer akuten Durchbruchs-Tendenz beim Stranggießen von Stahl ermöglicht wird. Dabei soll das Verfahren und die Vorrichtung möglichst weitgehend mit bekannten Mitteln und Meßvorrichtungen durchführbar sein.The present invention is based on the aforementioned prior art the task of a method and a device for early breakthrough detection state with the highest possible probability for a precise assessment of signs of a acute breakthrough tendency in the continuous casting of steel enables becomes. The method and the device should be as extensive as possible be feasible with known means and measuring devices.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer zielgenauen Beurteilung von Anzeichen einer akuten Durchbruchs-Tendenz zwei zu vergleichende Meßdaten sowohl miteinander als auch mit Meßdaten von wenigstens einer dritten Meßreihe gekoppelt werden und vorzugsweise online analysiert werden.The problem is solved with a method for early breakthrough detection in the continuous casting of steel that in the preamble of Claim 1 type with the invention in that to increase the probability of a precise assessment of signs an acute breakthrough tendency two measurement data to be compared both with each other and with measurement data from at least one third series of measurements are coupled and preferably analyzed online will.

Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wahrscheinlichkeit der Sicherheit einer eindeutigen Durchbruchfrüherkennung mit der Verknüpfung mehrerer Systeme untereinander signifikant steigt.This process is based on the knowledge that probability the security of clear breakthrough early detection significant by linking several systems together increases.

Infolge dessen sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß mittels einer dritten Meßreihe der nach Maßgabe der Wirksamkeit der Schmierung reibungsabhängige Teil-Kraftschluß zwischen Kokille und Gießstrang durch vergleichende Messung der Kokillenoszillation und der Strangoszillation unterhalb der Kokille gemessen und die Meßdaten zusammen mit den Meßdaten aus der Temperatur-Verteilung sowie dem Weg-Zeit-Verhalten der Kokille gekoppelt und das Ergebnis rechnerisch analysiert wird. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Strangoszillation als resultierende Bewegung aus der Kokillenoszillation und des Koeffizienten der Begleitreibung zwischen Strang und Kokille entsteht. Dabei wird die sich während einer Strangoszillation aufbauende Reibkraft zwischen Kokille und Strangschale bspw. durch folgende Parameter beeinflußt:

  • Ölschmierung oder
  • Gießschlackenschmierung und
  • Art der Kupferplatte mit und ohne Beschichtung, z. B. Cr, Ni, etc.
As a result, one embodiment of the method provides that, by means of a third series of measurements, the partial frictional connection between the mold and the casting strand depending on the effectiveness of the lubrication is measured by comparative measurement of the mold oscillation and the strand oscillation below the mold, and the measurement data together with the measurement data from the Temperature distribution and the path-time behavior of the mold coupled and the result is analyzed mathematically. It is taken into account here that the strand oscillation arises as the resultant movement from the mold oscillation and the coefficient of the accompanying friction between the strand and the mold. The friction between the mold and the strand shell that builds up during a strand oscillation is influenced, for example, by the following parameters:
  • Oil lubrication or
  • Cast slag lubrication and
  • Type of copper plate with and without coating, e.g. B. Cr, Ni, etc.

Dieser Teil-Kraftschluß bzw. auch der Effekt der Schmierung zwischen Kokille und Strang kann bspw. mit Hilfe einer Zeilenkamera bestimmt werden. Durch vergleichende Messungen der Strangoszillation unterhalb der Kokille mit der Kokillenoszillation, die mit Hilfe von Beschleunigungsmessern an der Kokille durchgeführt werden, kann die Reibung R = µ x N zwischen Strangschale und Kokille sowie insbesondere Störungen in der Gleichförmigkeit der Reibung über den Strangumfang, z. B. die Strangbreite, insbesondere einer Dünnbramme, gemessen werden.This partial adhesion or the effect of the lubrication between the mold and the strand can be determined, for example, with the aid of a line scan camera. By comparing measurements of the strand oscillation below the mold with the mold oscillation, which are carried out with the help of accelerometers on the mold, the friction can R = µ x N between strand shell and mold and in particular disturbances in the uniformity of the friction over the circumference of the strand, for. B. the strand width, in particular a thin slab, can be measured.

Infolgedessen sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß vergleichende Messungen von Kokillenoszillation und Strangoszillation an unterschiedlichen Umfangsbereichen von Kokille und Strang durchgeführt werden.As a result, an embodiment of the invention provides that comparative measurements of mold oscillation and strand oscillation on different circumferential areas of mold and strand be performed.

Eine entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens sieht daher vor, daß die an unterschiedlichen Umfangsbereichen der Kokille bzw. des Stranges auftretenden Störungen in der Gleichförmigkeit der Reibung durch vergleichende Messungen über den Strangumfang bzw. über die Strangbreite lokalisiert werden.A corresponding design of the method therefore provides that at different circumferential areas of the mold or Strange occurring disturbances in the uniformity of the friction through comparative measurements of the strand circumference or the Strand width can be localized.

Entsprechendenfalls sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Kokillenoszillation und die mit dieser zu vergleichende Strangoszillation bevorzugt an den vier Eckpunkten der Kokille gemessen, und fortlaufend verglichen und dabei Störungen mittels Analyse der erhaltenen Meßdaten in einer Auswertelektronik erkannt und mit vorgegebenen, durchbruchsrelevanten Signalen verglichen und bei erkennbarer Durchbruchstendenz Maßnahmen zur Verhinderung eines Durchbruchs eingeleitet werden. Zu diesem Zweck kann eine Absenkung der Gießgeschwindigkeit und/oder eine Änderung von Zugabemenge oder Zusammensetzung des Schmiermittels vorgenommen werden. In besonders kritischen Fällen kann eine Kombination beider Maßnahmen zur Durchführung gebracht werden.Correspondingly, an embodiment of the invention provides that the mold oscillation and the strand oscillation to be compared with it preferably measured at the four corner points of the mold, and continuously compared and analyzing disruptions Measured data obtained in an electronic evaluation system recognized and with predetermined, breakthrough-relevant signals compared and at recognizable breakthrough trend measures to prevent a Breakthrough. For this purpose, a lowering the casting speed and / or a change in the addition quantity or Composition of the lubricant can be made. Especially Critical cases can be a combination of both measures to be brought.

Zweckmäßig kann die Beobachtung der Strangoszillation unter Verwendung einer Zeilenkamera durchgeführt werden. Dabei wird dann die Erscheinung genutzt, daß an der Außenseite der Strangschale oszillationsbedingte Markierungen sichtbar sind, die bei entsprechender Einstellung von der Zeilenkamera erkannt und ausgewertet werden. Wie bereits eingangs dargelegt, kann zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer zielgenauen Beurteilung von Anzeichen einer akuten Durchbruchs-Tendenz eine Auswertung der Meßergebnisse der Kokillen- und Strangbewegung einerseits und des Temperaturfeldes in den Kokillenplatten oder des Weg-Zeit-Verhaltens der Kokillenbewegung andererseits gekoppelt werden.The observation of the strand oscillation can be expediently used a line scan camera. Then the Appearance used that on the outside of the strand shell due to oscillation Markings are visible when the corresponding Setting can be recognized and evaluated by the line scan camera. As already stated at the beginning, can increase the probability an accurate assessment of signs of acute Breakthrough tendency an evaluation of the measurement results of the mold and Strand movement on the one hand and the temperature field in the Mold plates or the path-time behavior of the mold movement on the other hand, be coupled.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen

Figur 1
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
Figur 2
ein Diagramm der Oszillationsbewegungen von Kokille und Strang bei einer auftretenden Störung der Gleichförmigkeit,
Figur 3
ein Oszillationsdiagramm mit signifikanter Tendenz eines Durchbruchs.
Details, features and advantages of the invention result from the following explanation of an exemplary embodiment schematically illustrated in the drawings. Show it
Figure 1
a device for performing the method according to the invention,
Figure 2
2 shows a diagram of the oscillation movements of the mold and the strand in the event of a disturbance in the uniformity,
Figure 3
an oscillation diagram with a significant tendency to break through.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten 2, 3 , ausgebildeten, von einem Schwingungserreger 5 in oszillierende Schwingungen erregbaren Plattenkokille 1, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese umfaßt eine Meß- und Auswerteinrichtung mit folgenden Elementen:

  • Wenigstens einen Beschleunigungsmesser 10.1 bis 10.4 für die Oszillation der Kokille 1,
  • eine Anzahl von Thermoelementen 11 in den Kokillenplatten 2 und 3,
  • eine Zeilenkamera 12 zur Erkennung der Strangoszillation,
  • einen Geschwindigkeitsmesser 13 für die Stranggießgeschwindigkeit,
  • eine Auswertelektronik 20 für die Oszillationsbeschleunigung,
  • eine Auswertelektronik 21 für Temperaturmessungen,
  • eine Auswertelektronik 22 für die Strangoszillation,
  • eine zentrale Auswertungs-Recheneinheit 30,
  • einen Frühwarnungssignalgeber 31.
    • Figure 1 shows a device for early breakthrough detection in the continuous casting of steel with a plate mold 1 formed with copper plates 2, 3 and excitable by an oscillation exciter 5 into oscillating oscillations, in particular for carrying out the method according to the invention. This includes a measuring and evaluation device with the following elements:
  • At least one accelerometer 10.1 to 10.4 for the oscillation of the mold 1,
  • a number of thermocouples 11 in the mold plates 2 and 3,
  • a line camera 12 for recognizing the strand oscillation,
  • a speed meter 13 for the continuous casting speed,
  • evaluation electronics 20 for the oscillation acceleration,
  • evaluation electronics 21 for temperature measurements,
  • evaluation electronics 22 for strand oscillation,
  • a central evaluation computing unit 30,
  • an early warning signal generator 31.

    • Sobald die Auswertungs-Recheneinheit 30 eine durchbruchsgefährliche Kombination von Meßdaten aus den einzelnen Auswertelektronik-Einheiten 20 - 22 empfängt, erzeugt sie einen Impuls zur Frühwarnung und gibt diesen an den Signalgeber 31 weiter, der seinerseits, symbolisiert durch die Ziffer 100, eine Abwehrmaßnahme einleitet, bspw. auf Stellglieder zur Verringerung der Gießgeschwindigkeit 13 oder zur vermehrten Aufgabe von Schmiermitteln 40 einwirkt.As soon as the evaluation computing unit 30 is a dangerous breakthrough Combination of measurement data from the individual electronic evaluation units 20-22, it generates an early warning pulse and passes this on to the signal generator 31, which in turn, symbolized by the number 100, initiates a countermeasure, For example, on actuators to reduce the casting speed 13 or acts to the increased task of lubricants 40.

    Figur 1 zeigt weiter ein zylinderförmiges Tauchgießrohr 4 zur Aufgabe von flüssigem Stahl 41 und den aus der Unterseite der Kokille 1 austretenden Gußstrang 6 mit deutlich erkennbaren Oszillations-Markierungen 7 an dessen Umfang. An vier Eckpunkten der Kokille 1 sind Beschleunigungsmesser 10.1 bis 10.4 angeordnet und mit der Oberseite der Kokille 1 fest verbunden. Diesen Beschleunigungsmessern sind die Meßleitungen 15.1 bis 15.4 zugeordnet und der Auswertungs-Elektronik 20 aufgeschaltet. Weiterhin sind dieser Auswertungs-Elektronik 20 auch die Signale der Schwingungserreger 5 mit den Meßleitungen 25.1 und 25.2 aufgeschaltet, wodurch Störungen im Weg-Zeit-Verhalten der Kokillenbewegung in Abweichung von der zwangsweise induzierten Oszillations-Erregung der Oszillatoren 5 erfaßt werden können.Figure 1 further shows a cylindrical immersion pouring tube 4 Task of liquid steel 41 and from the bottom of the Mold 1 emerging casting strand 6 with clearly recognizable oscillation markings 7 on its scope. At four corners of the Mold 1, accelerometers 10.1 to 10.4 are arranged and firmly connected to the top of the mold 1. These accelerometers the measuring lines 15.1 to 15.4 are assigned and the Evaluation electronics 20 switched on. Furthermore, these are Evaluation electronics 20 also the signals of the vibration exciter 5 connected with the measuring lines 25.1 and 25.2, causing interference in the path-time behavior of the mold movement in deviation from the forcibly induced oscillation excitation of the oscillators 5 can be detected.

    Die Ergebnisse der Bilderfassung von Oszillationsmarken mit Hilfe der Zeilenkammer 12 sind mit der Meßleitung 12.1 der Auswertelektronik 22 aufgeschaltet, die ihrerseits ein moduliertes Signal an die zentrale Auswert-Einheit 30 weiterleitet. Und schließlich sind in den Breitseiten Platten der kupfernen Kokillenwände 2 eine Anzahl von darin eingebetteten Temperaturfühlern 11 gezeigt, deren Meßdaten mit einer vieladrigen Meßleitung 11.1 der Meß- und Auswert-Elektronik 21 zugeleitet und nach deren Auswertung ein Signal an die zentrale Auswert-Einheit 30 weitergeleitet wird. Unter dem Begriff einer vieladrigen Meßleitung 11.1 soll verstanden werden, daß jedes einzelne Thermoelement 11 ein individuelles Meßergebnis über eine individuelle Ader der Meßleitung 11.1 an die Elektronik 21 weitergibt und bspw. dadurch in der Lage ist, die örtliche Gleichförmigkeit oder Ungleichförmigkeit der Temperaturverteilung einer gekühlten Platte zu lokalisieren.The results of image acquisition of oscillation marks with the help the line chamber 12 are with the measuring line 12.1 of the evaluation electronics 22 switched on, which in turn a modulated signal the central evaluation unit 30 forwards. And finally are in the broad sides plates of the copper mold walls 2 a number of temperature sensors 11 embedded therein, their measurement data with a multi-core measuring line 11.1 of the measuring and evaluation electronics 21 fed and after their evaluation a signal to the central evaluation unit 30 is forwarded. Under the term a multi-core measuring line 11.1 should be understood that each individual thermocouple 11 an individual measurement result over a passes individual wire of the measuring line 11.1 to the electronics 21 and, for example, is thereby able to achieve local uniformity or non-uniformity of the temperature distribution of a cooled Localize plate.

    Außerdem kann die Temperaturdifferenzmessung des Kokillenkühlwassers pro Kokillenplatte 2, 2.1 mit zur Auswertung und zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Durchbruchfrüherkennung herangezogen werden. Hierbei kann sowohl der integrale Wert pro Kokillenplatte (2, 2.1; 3, 3.1) als auch partielle integrale Werte im Falle der Breitseiten (2a-z; 2.1 a-z) herangezogen werden.In addition, the temperature difference measurement of the mold cooling water per mold plate 2, 2.1 with for evaluating and increasing the Probability of early breakthrough detection. Both the integral value per mold plate (2, 2.1; 3, 3.1) as well as partial integral values in the case of broadsides (2a-z; 2.1 a-z) can be used.

    Figur 2 zeigt zwei Oszillogramme A und B. Oszillogramm A zeigt den typischen Verlauf einer Störung im Weg-Zeit-Verhalten der Kokille 1, bspw. infolge einer auftretenden Störung in der Gleichförmigkeit der Reibung zwischen Kokille und Strang. Vergleichend dazu zeigt das Oszillogramm B ein reziprokes Schwingungsverhalten des Gußstranges 6. Unter der Annahme einer dramatischen Verschlechterung des Gleitreibungs-Koeffizienten zwischen den Innenwänden der Kokille und der sich bildenden Strangschale verbrauchen die sich aufbauenden Schwingungen mehr Arbeit, weshalb bei gleichbleibender Frequenz die Amplitude der Kokille 1 von anfänglich H1 auf H2 absinkt, während gleichzeitig durch mehr Haftreibung die Strangschale des Stranges 6 stärker in Schwingungen erregt wird und daher ihre ursprüngliche Amplitude h1 in h2 vergrößert wird, so daß die entsprechenden Auswert-Elektroniken zweifelsfrei eine Störung in Schmierungsverhalten mit der Folge eines erhöhten Teilkraftschlusses analysieren können. FIG. 2 shows two oscillograms A and B. Oscillogram A shows the typical course of a disturbance in the path-time behavior of the mold 1, for example as a result of a disturbance in the uniformity of the friction between the mold and the strand. In comparison, the oscillogram B shows a reciprocal vibration behavior of the cast strand 6. Assuming a dramatic deterioration in the coefficient of sliding friction between the inner walls of the mold and the strand shell that is being formed, the vibrations that build up consume more work, which is why the amplitude of the mold 1 is kept at the same frequency from initial H 1 to H 2 , while at the same time the strand shell of strand 6 is more strongly excited by vibrations and therefore its original amplitude h 1 is increased in h 2 , so that the corresponding evaluation electronics undoubtedly have a disturbance in lubrication behavior can analyze the consequence of an increased partial adhesion.

    Figur 3 zeigt das Oszillogramm C für eine normal ablaufende Kokillenoszillation sowie das Oszillogramm D für eine normale Strangoszillation ohne Störungen. Mit C1 ist eine auffällige Oszillation der Kokille eingezeichnet. Mit D1 ist eine auffällige Strangoszillation eingezeichnet. Anhand der schraffiert dargestellten Felder C-D zwischen normaler Oszillation C der Kokille und normaler Oszillation D des Gußstranges läßt sich ableiten, daß ein normales Schmierverhalten bzw. ein normaler, auslegungsgemäß zu erwartender Teilkraftschluß zwischen Kokille und Strangschale vorhanden ist. Dagegen zeigt das schraffiert dargestellte Feld C1 - D1 ein Durchbruchkriterium, da ein auffälliges Schmierverhalten (Mängelschmierung) oder ein erhöhter Teilkraftschluß zwischen Kokille und Strangschale mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Veränderung des Feldes C-D in Richtung C1 - D1 geführt hat.Figure 3 shows the oscillogram C for a normal mold oscillation and the oscillogram D for normal strand oscillation without interference. With C1 there is a noticeable oscillation of the Drawn mold. With D1 there is a striking oscillation drawn. Using the hatched fields C-D between normal oscillation C of the mold and normal oscillation D of the cast strand can be deduced that normal lubrication behavior or a normal partial adhesion that is to be expected according to the design is present between the mold and the strand shell. On the other hand the hatched field C1 - D1 shows a breakthrough criterion, because of a conspicuous lubrication behavior (defective lubrication) or an increased partial adhesion between the mold and the strand shell with a high probability of a change in the field C-D towards C1 - D1.

    In diesem Falle würde dann bspw. der Frühwarnungs-Signalgeber 31 mit einem Befehl an die Stellglieder 100 bspw. die Gießgeschwindigkeit 13 z.B. mittels des Rollenantriebs der Stranggießanlage reduzieren und zugleich die Schmiermittelaufgabe 40 im Sinne einer effektiveren Schmierung ändern. Das zeitkontrollierte Absinken der Gießgeschwindigkeit kann zwischen 50 % und 100 % für eine maximale Zeit von 2 Minuten erfolgen. Auf diese Weise könnte durch eine zielgenaue Frühwarnung ein tatsächlicher Durchbruch von flüssigem Stahl sicher verhindert werden. Ist der Durchbruch verhindert, erfolgt ein kontrolliertes Beschleunigen des Stranges auf Soll-Geschwindigkeit.

    Figure 00100001
    Figure 00110001
    In this case, for example, the early warning signal generator 31 would then, for example, reduce the casting speed 13 with a command to the actuators 100, for example by means of the roller drive of the continuous casting installation, and at the same time change the lubricant application 40 in the sense of more effective lubrication. The time-controlled decrease in the casting speed can take place between 50% and 100% for a maximum time of 2 minutes. In this way, an actual breakthrough of liquid steel could be reliably prevented by a targeted early warning. If the breakthrough is prevented, the strand is accelerated to the desired speed in a controlled manner.
    Figure 00100001
    Figure 00110001

    Claims (12)

    Verfahren zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten ausgebildeten, oszillierenden Kokille, durch fortlaufende und vergleichende Messung von Betriebsparametern, bspw. der örtlichen und zeitlichen Temperatur-Verteilung in den Kupferplatten mit Analyse der erhaltenen Meßdaten,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer zielgenauen Beurteilung von Anzeichen einer akuten Durchbruchs-Tendenz zwei zu vergleichende Meßdaten sowohl miteinander, als auch mit Meßdaten von wenigstens einer dritten Meßreihe gekoppelt werden und vorzugsweise online analysiert werden.    Process for early detection of breakthroughs in the continuous casting of steel with an oscillating mold designed with copper plates, by continuous and comparative measurement of operating parameters, for example the local and temporal temperature distribution in the copper plates with analysis of the measurement data obtained,
    characterized,
    that to increase the probability of a precise assessment of signs of an acute breakthrough tendency, two measurement data to be compared are coupled both with one another and with measurement data from at least a third series of measurements and are preferably analyzed online.         Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mittels einer dritten Meßreihe der nach Maßgabe der Wirksamkeit der Schmierung reibungsabhängige Teil-Kraftschluß zwischen Kokille und Gießstrang durch vergleichende Messung der Kokillenoszillation und der Strangoszillation unterhalb der Kokille gemessen und die Meßdaten zusammen mit den Meßdaten aus der Temperatur-Verteilung sowie dem Weg-Zeit-Verhalten der Kokille gekoppelt und das Ergebnis rechnerisch analysiert wird.     Method according to claim 1,
    characterized,
    that by means of a third series of measurements, the partial frictional connection between the mold and the casting strand depending on the effectiveness of the lubrication is measured by comparative measurement of the mold oscillation and the strand oscillation below the mold, and the measurement data together with the measurement data from the temperature distribution and the travel-time Behavior of the mold coupled and the result is analyzed mathematically.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vergleichende Messungen von Kokillenoszillation und Strangoszillation an unterschiedlichen Umfangsbereichen von Kokille und Strang durchgeführt werden.    The method of claim 1 or 2,
    characterized,
    that comparative measurements of mold oscillation and strand oscillation are carried out on different circumferential areas of the mold and strand.         Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß die an unterschiedlichen Umfangsbereichen der Kokille bzw. des Stranges auftretenden Störungen in der Gleichförmigkeit der Reibung durch vergleichende Messungen über den Strangumfang bzw. die Strangbreite lokalisiert werden.    Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that
    that the disturbances in the uniformity of the friction occurring at different circumferential areas of the mold or the strand are localized by comparative measurements over the strand circumference or the strand width.         Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kokillenoszillation und die mit dieser zu vergleichende Strangoszillation bevorzugt an den vier Eckpunkten der Kokille gemessen und fortlaufend verglichen und dabei Störungen mittels Analyse der erhaltenen Meßdaten in einer Auswert-Elektronik erkannt und mit vorgegebenen, durchbruchsrelevanten Signalen verglichen und bei erkennbarer Durchbruchstendenz Maßnahmen zur Verhinderung eines Durchbruchs eingeleitet werden.    Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that
    that the mold oscillation and the strand oscillation to be compared with it are preferably measured at the four corner points of the mold and continuously compared, and faults are recognized by analysis of the measurement data obtained in an evaluation electronics and compared with predetermined, breakthrough-relevant signals and, if there is a recognizable breakthrough tendency, measures to prevent a Breakthrough.         Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Temperaturdifferenzmessung des Kokillen-Kühlwassers zwischen Ein- und Auslauf je Kokillenplatte (2, 2.1; 3, 3.1) sowohl integral als auch partiell und integral je Kokillenbreitseite (2; 2.1) vorgenommen wird.    Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that
    that the temperature difference measurement of the mold cooling water between the inlet and outlet per mold plate (2, 2.1; 3, 3.1) is carried out both integrally and partially and integrally for each broad side of the mold (2; 2.1).         Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß als Maßnahmen zur Durchbruchsverhinderung bevorzugt eine Absenkung der Gießgeschwindigkeit und/oder Änderung von Zugabemenge oder Zusammensetzung des Schmiermittels vorgenommen wird.    Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that
    that, as measures to prevent breakthrough, preferably a lowering of the casting speed and / or a change in the addition quantity or composition of the lubricant is carried out.         Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Beobachtung der Strangoszillation unter Verwendung einer Zeilenkamera durchgeführt wird.    Method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that
    that the observation of the strand oscillation is carried out using a line camera.         Vorrichtung zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten (2, 3) ausgebildeten, von einem Schwingungserreger (5) in oszillierende Schwingungen erregbaren Plattenkokille (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sie eine Meß- und Auswerteinrichtung mit folgenden Elementen umfaßt: wenigstens einen Beschleunigungsmesser (10.1 - 10.4) für die Oszillation, eine Anzahl von Thermoelementen (11) in den Kokillenplatten, eine Zeilenkamera (12) zur Erkennung der Strangoszillation, einen Geschwindigkeitsmesser (13) für Stranggießgeschwindigkeit, eine Auswertelektronik (20) für die Oszillationsbeschleunigung, eine Auswertelektronik (21) für Temperaturmessungen in den Kokillenplatten, eine Auswertelektronik (22) für die Strangoszillation, eine zentrale Auswertungs-Recheneinheit (30), einen Frühwarnungssignalgeber (31).     Device for early detection of breakthrough in the continuous casting of steel with a plate mold (1) formed with copper plates (2, 3) and excitable by an oscillation exciter (5) in oscillating oscillations, in particular for carrying out the method according to at least one of the preceding claims,
    characterized,
    that it includes a measuring and evaluation device with the following elements: at least one accelerometer (10.1-10.4) for the oscillation, a number of thermocouples (11) in the mold plates, a line camera (12) for recognizing the strand oscillation, a speed meter (13) for continuous casting speed, evaluation electronics (20) for the oscillation acceleration, evaluation electronics (21) for temperature measurements in the mold plates, evaluation electronics (22) for strand oscillation, a central evaluation computing unit (30), an early warning signal generator (31).     Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Meß- und Auswerteinrichtung zusätzlich Thermoelemente (16) zur Temperaturdifferenzmessung (a-z) über die Kokillenbreitseite (2, 2.1) aufweist.    Device according to claim 9,
    characterized,
    that the measuring and evaluation device additionally has thermocouples (16) for measuring the temperature difference (az) over the wide mold side (2, 2.1).         Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Frühwarnungs-Signalgeber (31) mit Stellgliedern (100) bevorzugt zum zielkontrollierten Absenken der Gießgeschwindigkeit verbunden ist,    Device according to claim 9 or 10,
    characterized,
    that the early warning signal transmitter (31) is preferably connected to actuators (100) for the target-controlled lowering of the casting speed,         Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Verbindung von Frühwarnungs-Signalgeber (31) und den Stellgliedern (100) ein Zeitschalter angeordnet ist.    Device according to claims 9 to 11,
    characterized,
    that a timer is arranged in the connection between the early warning signal generator (31) and the actuators (100).
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