EP1369192B1 - Verfahren zur Ermittlung der Position der Sumpfspitze eines Stranggussproduktes durch Aufbringen einer Oszillation - Google Patents

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EP1369192B1
EP1369192B1 EP03005763A EP03005763A EP1369192B1 EP 1369192 B1 EP1369192 B1 EP 1369192B1 EP 03005763 A EP03005763 A EP 03005763A EP 03005763 A EP03005763 A EP 03005763A EP 1369192 B1 EP1369192 B1 EP 1369192B1
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oscillation
roller frame
continuous casting
charactensed
strand
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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
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a Method for determining the sump tip in the interior of a cast strand its exit from the mold with a core of liquid metal bypassing Strand shell, which as a result of increasing heat release with increasing Thickness reaches to the solidus point of the marsh tip, and then one solidified continuous casting product, in particular a continuous casting slab formed.
  • the result for the casting operation is the requirement to determine as exactly as possible at which point within a slab the swamp tip lies or where the Position of incipient solidification is located.
  • the course of the force has in a second approximation the Form of a hysteresis, wherein the propagation of the force, relative to an associated Jaw width as a measure of the viscosity of the liquid in the slab Sumpfes, and depending on the determined viscosity conclusions on the Position of the sump tip to be pulled, as well as adjusted the Maulweitenver too becomes.
  • the document EP 0 350 431 B1 describes a method for continuous casting of Slabs with a reduced compared to the cast state thickness, wherein a partially solidified strand between pairs of rollers, driven by means Rolls withdrawn and individual roles against the strand acting deformable are adjustable.
  • a partially solidified strand between pairs of rollers, driven by means Rolls withdrawn and individual roles against the strand acting deformable are adjustable.
  • the speed, the current consumption of the driven Rolls and their contact pressure detected and each supplied to a controller.
  • the Speed of individual driven rollers determining controller is about a parent Regulator adjustable so that by at least one, against stops adjustable, determining the thickness of the strand, on an already solidified Part of the strand deforming acting pair of rollers deform the final dimension and the withdrawal speed of the strand is determined.
  • Upstream or downstream Roles are reflected in the speed and power consumption of their drives depending on the shape change of the strand produced by the rollers adjusted from the measured values current consumption, reaction force of Stranges and the roller clearance determines the location of the sump top and the contact pressures the rollers are adjusted so that the sump tip before at least an adjustable against attacks on a predeterminable distance Role pair lies.
  • the document DE-OS 25 30 032 discloses a method and an apparatus for Determination of acting on a continuous casting during its solidification Forces in which the cast body emerges from a mold and between passes through several pairs of rolls and in a plane at a distance below the Mold freezes over its entire cross-section.
  • the level of complete solidification is detected by measuring on a plurality of roller pairs Compressive forces and comparing the measured values on different pairs of rolls for Determination of that pair of rollers determined, beyond which no further
  • the document DE-OS 34 23 977 A1 describes a method for non-contact Measurement of the solidified surface layer of a casting of metal with non-solidified Inner core.
  • An alternating magnetic field is applied to the casting, whereby the strength of the eddy currents generated in the casting by a measuring coil means is measured without contact.
  • the thickness of a solidified surface layer is determined by the strength of the eddy currents according to the difference of the specific electrical resistance between a non-solidified molten Part and a solidified part of the casting intended.
  • Document JP 11083814 A describes a method for determining the state of solidification a casting. It then exists, one with electromagnetic Supersonic acting on a casting element in cooperation with a to provide the supersonic signal receiving switching system, which the Intensity of the propagating ultrasonic waves recorded, evaluated and with each other compares.
  • the document JP 63174770 describes another method for determining the not solidified end of a cast strand.
  • a variety of roles are at horizontal area of a continuous casting plant and provided with a number of Pressure sensors in the axial direction of the surfaces provided by these rollers.
  • the lateral pressure in the strand through in the Roller detects existing sensors.
  • the position and shape of the not solidified part found in the casting.
  • the invention has the object underlying to show a method by which the mechanical or dynamic Properties of a forced oscillatory moving system measured and for direct determination of the system status of a cast strand be used to determine the location of the swamp tip exactly.
  • the invention takes advantage of the fact that the mechanical or dynamic Properties of a cast slab depending on its Consistency, e.g. As solid or liquid or mixtures, at the distance of Change the mold outlet to the bottom.
  • the position of the sump tip can be derived from the phase angle ( ⁇ ).
  • the coordinate system shows that at maximum reactive power P B , where the angle of P S approaches 90 °, the active power P W decreases towards zero, whereas with a tendency to decrease the reactive power P B towards zero, the active power P W approaches a maximum tends.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Sumpfspitze im Innem eines Gussstranges nach dessen Austritt aus der Kokille mit einer einen Kern aus flüssigem Metall umgehenden Strangschale, die infolge zunehmender Wärmeabgabe mit wachsender Dicke bis zum Solidus-Punkt der Sumpfspitze reicht, und dann ein durcherstarrtes Stranggussprodukt, insbesondere eine Stranggussbramme ausbildet.
Bei der Erzeugung von Brammen werden üblicherweise Stranggießanlagen mit Plattenkokillen verwendet, aus welchen der Gussstrang die Kokille mit von einer erstarrten Strangschale zunehmender Dicke umschlossener Flüssigschmelze verlässt. Ein Rollengerüst dient dabei dem Zweck, den noch nicht völlig durcherstarrten Strang zu stützen und zu formen. Dabei ist es aus wirtschaftlichen Gründen von Vorteil, möglichst eine so große Gießgeschwindigkeit einzustellen, dass die Durcherstarrung des Stranges idealerweise "an der letzten Rolle" vollendet ist.
Ist die Gießgeschwindigkeit zu gering, dann wird die Länge der Anlage nicht ausreichend genutzt, es geht Produktivität verloren; ist die Gießgeschwindigkeit zu hoch, kann sich ein sogenannter "Walfisch" bilden, wobei die Bramme völlig die Form verliert und ein sofortiger Gießabbruch die Folge wäre.
Daraus ergibt sich für den Gießbetrieb die Forderung, möglichst exakt festzustellen, an welcher Stelle innerhalb einer Bramme die Sumpfspitze liegt bzw. wo die Position der beginnenden Durcherstarrung sich befindet.
Hierzu gibt es einerseits gewisse Erfahrungswerte der Anlagenbetreiber und andererseits seit einiger Zeit auch Rechenmodelle, mit welchen zum Teil online die Lage der Sumpfspitze mittels aktueller Randbedingungen errechenbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch leistungsfähige, z. B. Thermal Trekking-Programme, nicht in der Lage sind, ohne äußerst aufwendige Optimierungen die Lage der Sumpfspitze mit zufriedenstellender Genauigkeit und Spontaneität zu ermitteln.
Bekannt ist aus dem Dokument EP 0 980 295 B1 ein Verfahren zum Erzeugen von Brammen aus Stahl, wobei die Führung eines Stranges mit Hilfe von Führungsrollen stufenlos eingestellt wird. Dabei wird die Maulweite der Führungsrollen mit einer vorgebbaren Amplitude oszillierend um eine Mittellinie beim Ausziehen des Stranges in der Weise geändert, dass die dynamischen Einflüsse auf die Führungsrollen und die Strangschale vernachlässigbar klein sind und keine plastische Verformung der Strangschale auftritt; es wird die aktuelle Maulweite erfasst; gleichzeitig wird die Stellkraft der Verstellelemente sowie die Amplitude der Stellkraft ermittelt, und bei steigender Amplitude der Stellkraft wird die Maulweite auf ein vorgebbares Maß eingestellt und/oder über mindestens ein Verstellelement druckgeregelt geführt. Der Verlauf der Stellkraft besitzt in zweiter Näherung die Form einer Hysterese, wobei die Ausbreitung der Stellkraft, bezogen auf eine zugehörige Maulweite als Maß der Viskosität des in der Bramme befindlichen flüssigen Sumpfes, und in Abhängigkeit der ermittelten Viskosität Rückschlüsse auf die Position der Sumpfspitze gezogen werden, sowie die Maulweitenverstellung angepasst wird.
Das Dokument EP 0 350 431 B1 beschreibt ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen mit einer gegenüber dem Gusszustand verringerten Dicke, wobei ein teilweise erstarrter Strang zwischen Rollenpaaren geführt, mittels angetriebener Rollen abgezogen und einzelne Rollen gegenüber dem Strang verformbar wirkend anstellbar sind. Zur Herstellung eines Produktes mit hohem Anteil an Walzgefüge, das coilfähig ist, werden die Drehzahl, die Stromaufnahme der angetriebenen Rollen und deren Anpressdruck erfasst und je einem Regler zugeführt. Jeder die Drehzahl einzelner angetriebener Rollen bestimmende Regler ist über einen übergeordneten Regler derart einstellbar, dass durch mindestens ein, gegen Anschläge anstellbares, die Dicke des Stranges bestimmendes, auf einen bereits durcherstarrten Teil des Stranges verformend einwirkendes Rollenpaar das Endmaß und die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges bestimmt wird. Vorgeordnete bzw. nachgeordnete Rollen werden in der Drehzahl und der Stromaufnahme ihrer Antriebe in Abhängigkeit von der durch die Rollen erzeugten Formänderung des Stranges eingestellt, wobei aus den Messwerten Stromaufnahme, Reaktionskraft des Stranges und der Rollenabstand die Lage der Sumpfspitze ermittelt und die Anpressdrücke der Rollen derart eingestellt werden, dass die Sumpfspitze vor wenigstens einem gegen Anschläge auf einen vorbestimmbaren Abstand einstellbaren Rollenpaar liegt.
Das Dokument DE-OS 25 30 032 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der auf einen Stranggusskörper während seiner Verfestigung einwirkenden Kräfte, bei dem der Gusskörper aus einer Kokille austritt und zwischen mehreren Walzenpaaren durchläuft und in einer Ebene mit Abstand unterhalb der Kokille über seinen ganzen Querschnitt erstarrt. Die Ebene der vollständigen Verfestigung wird durch Messen an einer Vielzahl von Walzenpaaren auftretender Druckkräfte und Vergleichen der Messwerte an verschiedenen Walzenpaaren zur Bestimmung desjenigen Walzenpaares ermittelt, jenseits dessen kein weiterer
Anstieg der Belastung erfolgt.
Das Dokument DE-OS 34 23 977 A1 beschreibt ein Verfahren zur berührungslosen Messung der erstarrten Randschicht eines Gussteils aus Metall mit nicht erstarrtem Innenkern. An das Gussteil wird ein magnetisches Wechselfeld angelegt, wodurch die Stärke der im Gussteil erzeugten Wirbelströme durch eine Messspuleneinrichtung berührungslos gemessen wird. Die Dicke einer erstarrten Randschicht wird aus der Stärke der Wirbelströme gemäß dem Unterschied des spezifischen elektrischen Widerstands zwischen einem nicht erstarrten geschmolzenen Teil und einem erstarrten Teil des Gussstücks bestimmt.
Das Dokument JP 11083814 A beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Erstarrungszustandes eines Gussstücks. Es besteht dann, ein mit elektromagnetischem Überschall auf ein Gussstück einwirkendes Element im Zusammenwirken mit einem das Überschallsignal empfangenden Schaltsystem vorzusehen, welches die Intensität der sich ausbreitenden Ultraschallwellen erfasst, auswertet und miteinander vergleicht.
Das Dokument JP 63174770 beschreibt ein anderes Verfahren zur Ermittlung des nicht erstarrten Endes eines Gussstranges. Eine Vielzahl von Rollen sind beim horizontalen Bereich einer Stranggießanlage vorgesehen und mit einer Anzahl von Drucksensoren in axialer Richtung der Oberflächen von diesen Rollen versehen. Dadurch wird beim Stranggießprozess der seitliche Druck im Strang durch in der Rolle vorhandene Sensoren erfasst. In einem Bereich, in dem ein noch flüssiger Teil des Stranges in dessen Innern existiert, wird die seitliche Druckkraft infolge geringer Dehnung erfasst. Auf diese Weise wird die Position und die Form des nicht erstarrten Teils im Gussstrang aufgespürt. Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, durch welches die mechanischen bzw. dynamischen Eigenschaften eines aufgezwungenen oszillatorisch bewegten Systems gemessen und zur direkten Ermittlung des Systemzustandes eines Gussstranges herangezogen werden, um die Lage der Sumpfspitze genau festzulegen.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Strangschale bzw. dem Stranggussprodukt mit Hilfe eines Rollengerüstes der Stranggussanlage, eine Oszillation aufgezwungen wird und dabei die aufgebrachte mechanische Leistung bzw. Arbeit in einem Koordinatensystem anteilig in Schein- (PS), Wirk- (PW) und Blindleistung (PB) bzw. Arbeit zerlegt, und aus einem daraus herleitbaren Phasenwinkel (ϕ) nach Maßgabe dieser Anteile die Position der Sumpfspitze ermittelt wird.
Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass sich die mechanischen bzw. dynamischen Eigenschaften einer gegossenen Bramme in Abhängigkeit von deren Konsistenz, z. B. fest oder flüssig bzw. der Mischungen, in der Entfernung von dem Kokillen-Auslauf bis zum Sumpfende ändern.
Dabei ändert sich das Verhältnis von Wirkleistung (-arbeit), Blindleistung (-arbeit) bzw. Scheinleistung (-arbeit) und kann zur Bestimmung des Phasenwinkels (ϕ) ausgewertet werden. Dieser charakterisiert dann den jeweils aktuellen Zustand der Konsistenz des Systems bzw. der Bramme. Dabei wird der ermittelte Phasenwinkel als signifikantes Merkmal des mechanischen Systems ausgewertet und zur Bestimmung der Position der Sumpfspitze herangezogen.
Zwingt man der Bramme z. B. mit Hilfe eines Rollengerüstes eine Oszillation auf, so können drei Zustände unterschieden werden:
  • 1. Die Bramme ist durcherstarrt.
    Der Strang verhält sich dabei in erster Näherung wie eine Stahlfeder. Durch die Oszillation wird nur in sehr geringem Maße Energie in das System eingebracht und damit auch praktisch keine Wirkleistung benötigt, der Phasenwinkel (ϕ) ist vergleichsweise groß.
  • 2. Die Bramme enthält flüssigen Sumpf.
    Dieser Bereich ist geprägt durch einen hohen Anteil an flüssigem Metall. Durch die Oszillation erfolgt im flüssigen Bereich keine elastische Verformung. Für diese nicht elastische Verformung wird im Gegensatz zur Durcherstarrung Wirkleistung benötigt, z. B. für das Hin- und Herpumpen der flüssigen Schmelze.
    Der Phasenwinkel (ϕ) ist vergleichsweise klein.
  • 3. Übergangsbereich zur Sumpfspitze.
    Da hier sowohl elastische als auch nicht elastische Verformung stattfindet, bewegt sich der Phasenwinkel (ϕ) im mittleren Bereich.
    • Somit lässt sich aus dem Phasenwinkel (ϕ) die Lage der Sumpfspitze ableiten.
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
    Es zeigen:
    Figur 1
    den Phasenwinkel (ϕ) der Scheinleistung im Koordinatensystem in Abhängigkeit von der Wirkleistung PW der Abszisse, und der Blindleistung PB der Ordinate,
    Figur 2
    den Phasenwinkel (ϕ) in Abhängigkeit von der Durcherstarrung einer Bramme unterhalb einer Kokille.
    In der Figur 1 lässt das Koordinatensystem erkennen, dass bei maximaler Blindleistung PB, wobei der Winkel von PS gegen 90° geht, die Wirkleistung PW gegen Null abnimmt, wogegen bei tendenzieller Abnahme der Blindleistung PB gegen Null die Wirkleistung PW gegen ein Maximum tendiert.
    In der Figur 2 sind die Systemzustände
  • a) Bramme mit flüssigem Sumpf,
  • b) Bramme durcherstarrt, und
  • c) Übergangsbereich zur Sumpfspitze
    • bei entsprechenden Positionen der Bramme unterhalb der Kokille, sowie die Position der letzten Rolle des Rollengerüstes dargestellt. Das Diagramm zeigt deutlich die Größe des Phasenwinkels ϕ, der den einzelnen Systemzuständen der Bramme entspricht. Mit der Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile:
    Direkte Messung des Systemzustandes, keine indirekte Berechnung. Dadurch erhöhte Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
    Je nach Beschaffenheit des bereits vorhandenen Systems ist diese Methode ohne bzw. mit nur sehr geringem mechanischem und antriebstechnischen Aufwand realisierbar (z. B. CyberLink-Segmente, Resonanzkokillen).
    Das System kann bis in Grenzzustände hinein sicher genutzt werden:
    • Bei der Strangführung:
      • Die Sumpfspitze kann "bis zur letzten Rolle getrieben werden".
        Das bedeutet eine Maximierung der Produktivität.
      • Die Dynamische Softreduction wird präziser und damit effektiver, da sie genauer in den Bereich der Sumpfspitze gelegt werden kann.
        Das bedeutet eine Verbesserung der Brammenqualität.

    Claims (7)

    1. Verfahren zur Ermittlung der Sumpfspitze im Innern eines Gussstranges nach dessen Austritt aus der Kokille mit einer einen Kern aus flüssigem Metall umgehenden Strangschale, die infolge zunehmender Wärmeabgabe mit wachsender Dicke bis zum Solidus-Punkt der Sumpfspitze reicht, und dann ein durcherstarrtes Stranggussprodukt, insbesondere eine Stranggussbramme
      ausbildet,
      dadurch gekennzeichnet, dass dem Stranggussprodukt mit Hilfe eines Rollengerüstes der Stranggussanlage eine Oszillation aufgezwungen wird und dabei die aufgebrachte mechanische Leistung bzw. Arbeit in einem Koordinatensystem anteilig in Schein- (PS), Wirk- (PW) und Blindleistung bzw. Arbeit (PB) zerlegt, und aus einem daraus herleitbaren Phasenwinkel (ϕ) des Koordinatensystems nach Maßgabe dieser Anteile die Position der Sumpfspitze ermittelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine Oszillationsfrequenz zwischen 0,5 und 10 Hz und vorzugsweise zwischen 1 und 4 Hz eingestellt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine Oszillationsamplitude zwischen 0,1 und 1 mm und vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,4 mm eingestellt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass Oszillationsfrequenz und/oder Oszillationsamplitude während der Messung modifiziert werden.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Segmentoberrahmen des Rollengerüstes oszilliert wird.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Segmenteinlauf bzw. der Segmentauslauf des Rollengerüstes oszilliert wird.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsenergie direkt in die entsprechenden Segmente des Rollengerüstes beispielsweise über deren Hydraulikzylinder eingeleitet wird.
    EP03005763A 2002-05-31 2003-03-14 Verfahren zur Ermittlung der Position der Sumpfspitze eines Stranggussproduktes durch Aufbringen einer Oszillation Expired - Lifetime EP1369192B1 (de)

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