EP1448330B1 - Verfahren zum stranggiessen - Google Patents

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EP1448330B1
EP1448330B1 EP02791589A EP02791589A EP1448330B1 EP 1448330 B1 EP1448330 B1 EP 1448330B1 EP 02791589 A EP02791589 A EP 02791589A EP 02791589 A EP02791589 A EP 02791589A EP 1448330 B1 EP1448330 B1 EP 1448330B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
metal strip
several
model
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02791589A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1448330A2 (de
Inventor
Kurt Etzelsdorfer
Gerald Hohenbichler
Christian Chimani
Gerhard F. Hubmer
Dietmar Auzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Publication of EP1448330A2 publication Critical patent/EP1448330A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1448330B1 publication Critical patent/EP1448330B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • 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
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels

Definitions

  • the invention relates to a method for casting casting a thin metal strip in the two-roll process, in particular a steel strip, preferably having a thickness less than 10 mm, wherein molten metal is poured into one of two casting rolls in the thickness of the metal strip to be cast casting gap to form a molten bath.
  • JP-A-60 027 458 it is known to control the geometry of the tape by measuring the thickness at the center as well as at the edges during operation. In order to influence the geometry, the crowning of the rolls is changed.
  • EP-A-0 813 700 A relates to the use of a computer model for controlling and adjusting a strip caster.
  • the calculation model taught here demonstrates learning ability, knowledge gained through integration into the ongoing process. Solidification and Seigerwags are not addressed directly here.
  • the invention according to which online data are taken and processed, largely off-line calculations are carried out according to EP-A-0 813 700 A.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to provide a continuous casting of the type described above, which makes it possible for the metal strip compliance with predetermined quality characteristics such as in particular the formation of a desired microstructure of the metal or the assurance of a particular To allow geometry, u.zw. for metals of different chemical composition, i. for a large number of steel grades or steel grades to be cast.
  • the invention has the task of avoiding deviations in the quality of the metal strip from the outset, u.zw. by making it possible to intervene in production stages in which an actual value of the metal strip which determines the quality is not yet readily recognizable or can not be ascertained directly.
  • This object is achieved in that the formation of a certain microstructure in the cast metal strip, the continuous casting is carried out under on-line calculation under Switzerlandnmdelegung a the formation of the particular microstructure of the metal descriptive computing model, the microstructure influencing variables influencing the continuous casting on-line dynamically, ie during ongoing casting, are set.
  • the structuring of the surface of the casting rolls is detected, preferably detected on-line, and integrated into the calculation model, taking into account the consequent solidification and segregation conditions, in particular in the primary solidification.
  • the structure of the casting roll surfaces forms an important factor in solidification. This structure is only replicated to a certain extent by the liquid metal, i. Depending on the structure of the surface of the casting rolls in certain surface areas to a stronger and in other surface areas to a delayed solidification.
  • the structuring of the surface of the casting rolls is preferably detected, preferably detected on-line, and integrated into the calculation model, taking into account the consequent solidification and segregation conditions, in particular in primary solidification.
  • the solidification of the metal on the surfaces of the casting rolls it is essential to condition these surfaces, such as by cleaning, spraying, coating, in particular by purging with gas or with gas mixtures.
  • This gas or these gas mixtures determine the heat transfer from the melt or already solidified metal to the casting rolls, and there are therefore according to a preferred embodiment, the chemical composition of the gas or the gas mixture and the amount and optionally the distribution over the length of G manwalzen detected, preferably detected on-line, and in the calculation model, taking into account the resulting solidification and Seigerungs discipline, especially in the primary solidification integiert.
  • thermodynamic changes in state of the entire metal strip such as changes in Temperature
  • thermodynamic changes in state of the entire metal strip such as changes in Temperature
  • the thickness of the metal strip by dissolving a heat equation and solving a phase conversion kinetics describing equation or equation systems constantly counted and the temperature setting of the metal strip and optionally the casting rolls is set depending on the calculated value of at least one of the thermodynamic state variables, wherein for the simulation, the thickness of the metal strip , the chemical analysis of the metal and the casting speed are taken into account, the values of which are preferably measured repeatedly during casting, in particular the thickness concerning constantly measured.
  • a continuous phase transformation model of the metal is integrated into the calculation model, in particular according to Avrami.
  • the Avrami equation describes in its general form all diffusion-controlled transformation processes for the respective temperature under isothermal conditions. By taking this equation into account in the calculation model, ferrite, pearlite and bainite fractions can be set in a very targeted manner during steel casting, u.zw. also taking into account a holding time at a certain temperature.
  • the method is characterized in that with the calculation model thermodynamically changes in state of the entire metal strip, such as changes in temperature, by solving a heat equation and solving a the Ausscheidungskinetik during and / or after solidification, in particular non-metallic and intermetallic precipitations, describing equation or equation systems
  • the temperature setting of the metal strip and, if appropriate, of the casting rolls is set as a function of the calculated value of at least one of the thermodynamic state variables, whereby the thickness of the metal strip, the chemical analysis of the metal and the casting speed are taken into account for the simulation, preferably their values during the G manens be repeatedly measured, in particular the thickness concerning constantly measured.
  • microstructure ratios according to multi-component system diagrams, such as, for example, according to the Fe-C diagram, into the calculation model.
  • grain growth properties and / or grain formation properties are integrated into the calculation model.
  • dynamic and / or delayed and / or post-recrystallization i. a recrystallization, which takes place later in an oven, are taken into account in the calculation model.
  • thermomechanical rolling for example, high-temperature thermomechanical rolling
  • a line temperature greater than A C3 can be taken into account for a line temperature greater than A C3 .
  • the mechanical state such as the deformation behavior
  • further model equations in particular by solving the continuum technical basic equations for the visco-elasto-plastic material behavior, is also always included in the calculation model.
  • a preferred embodiment is characterized in that a quantitatively defined structure is adjusted by applying an on-line calculated strand deformation, which causes a recrystallization of the microstructure.
  • a thermal influence of the molten metal and already solidified metal is expediently integrated into the computer model by the casting rolls with on-line detection of the casting roll cooling.
  • An advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that a rolling process model, preferably a hot rolling process model, is integrated into the calculation model, wherein the rolling process model expediently comprises a rolling force calculation and / or a roll bending force calculation and / or for specially profiled rolls a rolling displacement calculation and / or a rolling deformation calculation and / or for thermally induced rolling geometry changes has integrated a deformation calculation.
  • a rolling process model preferably a hot rolling process model
  • mechanical properties of the metal strip such as yield strength, tensile strength, elongation, etc.
  • yield strength tensile strength
  • elongation elongation
  • mechanical properties of the metal strip can be calculated in advance with the mathematical model, so that a corrective action can be taken in good time when a deviation of these predicted values from predetermined target values is ascertained.
  • the most suitable generation stages i. during solidification and subsequent thermal influences or during subsequent rolling, recrystallization, etc.
  • a thin strip for casting a thin strip 1, in particular a steel strip with a thickness between 1 and 10 mm, is one of two parallel to each other and juxtaposed casting rolls 2 formed casting mold.
  • the casting rolls 2 form a casting gap 3, the so-called "kissing point", at which the strip 1 emerges from the continuous casting mold.
  • Above the G fauxspaltes 3 is a space 4, which is shielded by a cover forming a cover plate 5 upwards, formed and which serves to receive a molten bath 6.
  • the molten metal 7 is supplied via an opening 8 of the cover, through which a dip tube projects into the molten bath 6 below the bath level 9.
  • the casting rolls 2 are provided with an internal cooling, not shown. Side of the casting rolls 2 side plates are provided for sealing the space 6 receiving the molten bath 4.
  • brush systems can be provided, the brushes of which can be set against the surfaces 10 of the casting rolls 2.
  • For quality assurance of the cast steel strip 1 is a computer 11, in the machine data, the desired format of the metal strip, material data, such as the chemical analysis of molten steel, the casting state, the casting speed, the liquid steel temperature at which the molten steel enters between the casting rolls, and the desired structure and optionally a deformation of the steel strip, which can take place on-line or outside the continuous casting, are entered.
  • the calculator calculates various parameters influencing the quality of the hot strip, such as influencing the temperature of the molten steel and / or the steel strip, using a thermal calculation model that enables the temperature analysis based on the solution of a heat transfer equation using a metallurgical calculation model that includes the phase transformation kinetics and nucleation kinetics Furthermore, the internal cooling of the casting rolls, the gas loading of the casting rolls, the degree of deformation of the on-line in the example shown roll stand 12, and optionally reel conditions for the reel 13, etc.
  • the calculation model used according to the invention is essentially based on a strip casting model and a rolling model.
  • the former includes a cast roll, solidification, segregation, primary microstructure, phase transformation and precipitation model.
  • the rolling model includes a thermophysical model, a phase transformation, hot rolling, precipitation, recrystallization and grain size model, and a model for predicting mechanical characteristics.
  • the structuring of the casting roll surfaces 10 is decisive.
  • the surface profile of the casting rolls 2 is simulated by the steel 7, but only to a certain extent. Due to the surface tension of the liquid steel 7, "valleys" are often straddled, in which media (for example gases) are stored. Since the gases reduce the heat dissipation from the liquid steel 7 to the casting rolls 2, the solidification is delayed.
  • media for example gases
  • heat transitions are determined off-line by flow simulations and experiments, thus assigning each surface class a specific distribution of heat fluxes. These heat flow / temperature distributions are transferred to the downstream program parts.
  • a presetting of the (integral) heat flows can be made possible by the setting of the casting roll temperature. This in turn is determined by the G cleverwalzenwerkstoffe, the cooling water temperature and the amount of cooling water.
  • the first step of this calculation model is thus to describe the condition of the casting surface and to calculate and classify the relevant heat transfers (surface "mountains”, gas-filled “valleys”, transition areas) into classes (fuzzyfication) as well as to transmit the respective temperatures.
  • the primary solidification to the different classes is calculated.
  • the primary solidification dendrite growth, alignments, lengths, arm distances
  • the aim of this step is the calculation of the size distribution and growth direction of the dendrites.
  • Segregation and excretion models are used to determine segregation and excretion. The latter, in combination with the temperature model for the particular tape position, determines the degree of exudates that are fuzzified.
  • All parameters are passed to a rolling model whose goal it is to predict structure, mechanical parameters and cooling conditions in the outlet part and geometric parameters, such as. Flatness, predict.
  • All fuzzyfied parameters are passed on an on-line calculation model, which determines the current conditions for the steel strip 1 on the basis of the constantly running temperature model and optionally influences the control parameters by means of control circuits.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strang gießen eines dünnen Metallbandes im Zweiwalzenverfahren, insbesondere eines Stahlbandes, vorzugsweise mit einer Dicke geringer als 10 mm, wobei Metallschmelze in einen von zwei Gießwalzen in der Dicke des zu gießenden Metallbandes gebildeten Gießspalt unter Bildung eines Schmelzbades gegossen wird.
  • Verfahren dieser Art sind in der WO 95/15233 und der EP-B1 0 813 700 sowie in der AT-B 408.198 beschrieben. Die ersten beiden Dokumente betreffen auf Prozeßmodellen beruhende Regelungsverfahren für das Zweiwalzengießverfahren, die jedoch den Nachteil aufweisen, daß erst bei Abweichen der Regelgrößen von geforderten Ist-Werten korrigierend eingegriffen werden kann, sodaß zunächst mehr oder weniger große Abweichungen vom gewünschten Zustand des Metallbandes, z.B. hinsichtlich Dicke, Gefüge etc., in Kauf genommen werden müssen, auch wenn nachfolgend eine Korrektur des Prozeßmodells vorgenommen wird, wie das in er EP-B 1 0 813 700 beschrieben ist.
  • Aus der JP-A-60 027 458 ist es bekannt, die Geometrie des Bandes durch Messungen der Dicke an der Mitte sowie an den Rändern im Betrieb zu kontrollieren Um die Geometrie zu beeinflussen, wird die Balligkeit der Walzen geändert.
  • Die EP-A-0 813 700 A betrifft die Verwendung eines Rechenmodells zur Kontrolle und Einstellung einer Bandgießanlage. Das hier gelehrte Rechenmodell zeigt Lernfähigkeit auf, durch Integration gewonnenes Wissen in den laufenden Prozess. Erstarrungs- und Seigerwagsverhalten werden hier nicht direkt angesprochen. Im Unterschied zur Erfindung, gemäß der online-Daten entnommen und verarbeitet werden, werden gemäß der EP-A- 0 813 700 A größtenteils off-line Berechnungen durchgeführt.
  • Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Stranggießverfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das es ermöglicht, für das Metallband die Einhaltung vorgegebener Qualitätsmerkmale wie insbesondere die Ausbildung eines gewünschten Gefüges des Metalls bzw. die Sicherstellung einer bestimmten Geometrie zu ermöglichen, u.zw. für Metalle unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, d.h. für eine Vielzahl zu gießenden Stahlqualitäten bzw. Stahlgüten.
  • Insbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, Abweichungen der Qualität des Metallbandes von vornherein zu vermeiden, u.zw. durch Herstellen der Möglichkeit des Eingreifens in Erzeugungsstufen, bei denen ein die Qualität bestimmender zu erzielender IstWert des Metallbandes noch nicht ohne weiteres erkennbar ist bzw. nicht auf direktem Wege festgestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Metallband das Stranggießen unter on-line-Berechnung unter Zugnmdelegung eines die Ausbildung des bestimmten Gefüges des Metalles beschreibenden Rechenmodells durchgeführt wird, wobei die Gefügeausbildung beinflussende Variablen des Stranggießverfahrens on-line-dynamisch, d.h. während des laufenden Gießens, eingestellt werden.
  • Vorzugsweise wird die Strukturierung der Oberfläche der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs- und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integriert.
  • Beim Bandgießprozeß bildet die Struktur der Gießwalzenoberflächen einen wichtigen Faktor bei der Erstarrung bzw. Gefugeausbildung. Diese Struktur wird vom flüssigen Metall nur bis zu einem gewissen Grad nachgebildet, d.h. es kommt entsprechend der Struktur der Oberfläche der Gießwalzen in bestimmten Oberflächenbereichen zu einer stärkeren und in anderen Oberflächenbereichen zu einer verzögerten Erstarrung. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise die Strukturierung der Oberfläche der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs- und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integriert.
  • Für die Erstarrung des Metalles an den Oberflächen der Gießwalzen ist es wesentlich, diese Oberflächen zu konditionieren, wie durch Reinigen, Besprühen, Beschichten, insbesondere durch Bespülen mit Gas bzw. mit Gasgemischen. Dieses Gas bzw. diese Gasgemische bestimmen den Wärmeübergang von der Schmelze bzw. bereits erstarrtem Metall zu den Gießwalzen hin, und es werden daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die chemische Zusammensetzung des Gases bzw. des Gasgemisches sowie die Menge und gegebenenfalls die Verteilung über die Länge der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs- und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integiert.
  • Hierbei werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Rechenmodell thermodynamische Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Phasen-Umwandlungskinetik beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet und wird die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt, wobei für die Simulation die Dicke des Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Koppelung der Berechnung der Temperatur des Stranges mit dem Rechenmodell, das die Ausbildung eines bestimmten zeit- und temperaturabhängigen Gefüges des Metalls beinhaltet, ist es möglich, die Variablen des Stranggießverfahrens, die das Stranggießen beeinflussen, der chemischen Analyse des Metalles sowie der örtlichen Temperaturgeschichte des Stranges anzupassen. Hierdurch kann gezielt eine gewünschte Gefugestruktur im weitesten Sinn (Korngröße, Phasenausbildung, Ausscheidungen) im Metallband sichergestellt werden.
  • Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß eine Wärmeleitgleichung in stark vereinfachter Form angewendet werden kann und trotzdem eine hinreichend hohe Genauigkeit bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sichergestellt ist. Als vereinfachte. Wärmeleitgleichung genügt der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Große Bedeutung kommt der Festlegung der Randbedingungen zu.
  • Vorzugsweise ist in das Rechenmodell ein kontinuierliches Phasen-Umwandlungsmodell des Metalles integriert, insbesondere nach Avrami.
  • Die Avrami-Gleichung beschreibt in ihrer allgemeinen Form alle diffusionsgesteuerten Umwandlungsvorgänge für die jeweilige Temperatur unter isothermen Bedingungen. Durch Berücksichtigung dieser Gleichung im Rechenmodell können ganz gezielt beim Stahl-Stranggießen Ferrit-, Perlit- und Bainit-Anteile eingestellt werden, u.zw. auch unter Berücksichtigung einer Haltezeit bei bestimmter Temperatur.
  • Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechenmodell thermodynamisch Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Ausscheidungskinetik während und/oder nach der Erstarrung, insbesondere nichtmetallischer und intermetallischer Ausscheidungen, beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet werden und die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt wird, wobei für die Simulation die Dicke des Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.
  • Hierbei ist vorteilhaft, daß die Ausscheidungskinetik aufgrund freier Phasenenergie und Keimbildung und Verwendung thermodynamischer Grundgrößen, insbesondere der Gibb'schen Energie, und das Keimwachstum nach Zener in das Rechenmodell integriert.
  • Zweckmäßig werden Gefügemengenverhältnisse gemäß Mehrstoffsystem-Diagrammen, wie z.B. gemäß Fe-C-Diagramm, in das Rechenmodell integriert.
  • Vorteilhaft sind in das Rechenmodell Kornwachstumseigenschaften und/oder Kornbildungseigenschaften, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Rekristallisation des Metalles, integriert. Hierbei kann eine dynamische und/oder verzögerte und/oder eine Postrekristallisation, d.h. eine Rekristallisation, die später in einem Ofen stattfindet, im Rechenmodell berücksichtigt werden.
  • Vorzugsweise ist als Variable des Stranggießens, die ebenfalls eine Gefügeausbildung beeinflußt, eine während des Ausförderns des Metallbandes stattfindende ein- oder mehrstufige Warm- und/oder Kaltwalzung in das Rechenmodell integriert, wodurch auch während des Stranggießens stattfindende thermomechanische Walzungen, beispielsweise hochtemperatur-thermomechanische Walzungen, bei einer Strangtemperatur größer AC3 berücksichtigt werden können. Als Walzungen werden erfindungsgemäß Dickenreduktionen auch nach Haspeln des Bandes und auch in Niedrig-Temperaturbereichen (z.B. bei 200 - 300°C), die auch on-line durchgeführt werden können, d.h. ohne vorherige Haspelung angesehen.
  • Weiters wird vorzugsweise mit dem Rechenmodell auch der mechanische Zustand, wie das Verformungsverhalten, durch Lösen weiterer Modellgleichungen, insbesondere durch Lösen der kontinuumsmechnischen Grundgleichungen für das visco-elasto-plastische Werkstoffverhalten, ständig mitgerechnet.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mengenmäßig definiertes Gefüge durch Aufbringen einer on-line errechneten Strangverformung, welche eine Rekristallisation des Gefüges bewirkt, eingestellt wird.
  • Weiters wird zweckmäßig eine thermische Beeinflussung der Metallschmelze und bereits erstarrten Metalles durch die Gießwalzen unter on-line Erfassung der Gießwalzenkühlung in das Rechenmodell integriert.
  • Es ist zusätzlich von Vorteil, wenn eine thermische Beeinflussung des Metallbandes, wie Kühlen und/oder Erhitzen, in das Rechenmodell integriert ist. Hierbei sind gegebenenfalls Unterschiede zwischen dem Rand und dem Mittenbereich des Metallbandes zu beachten.
  • Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in das Rechenmodell ein Walzprozeßmodell, vorzugsweise ein Warmwalzprozeßmodell, integriert ist, wobei das Walzprozeßmodell zweckmäßig eine Walzkraftberechnung und/oder eine Walzbiegekraftberechnung und/oder für speziell profilierte Walzen eine Walzverschiebungsberechnung und/oder eine Walzendeformationsberechnung und/oder für thermisch verursachte Walzgeometrieänderungen eine Verformungsberechnung integriert hat.
  • Erfindungsgemäß lassen sich mit dem Rechenmodell mechanische Eigenschaften des Metallbandes, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung usw., im Voraus errechnen, sodaß bei Feststellen einer Abweichung dieser vorausberechneten Werte von vorbestimmten Zielwerten rechtzeitig korrigierend eingegriffen werden kann, u.zw. in den jeweils am besten hierfür geeigneten Erzeugungsstufen, d.h. beim Erstarren und nachfolgenden thermischen Beeinflussen bzw. beim anschließenden Walzen, Rekristallisieren etc.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die dargestellte Fig. eine Stranggießanlage der eingangs beschriebenen Art in schematischer Darstellung veranschaulicht.
  • Zum Gießen eines dünnen Bandes 1, insbesondere eines Stahlbandes mit einer Dicke zwischen 1 und 10 mm, dient eine von zwei parallel zueinander und nebeneinander angeordneten Gießwalzen 2 gebildete Stranggießkokille. Die Gießwalzen 2 bilden einen Gießspalt 3, den sogenannten "Kissing-point", an dem das Band 1 aus der Stranggießkokille austritt. Oberhalb des Gießspaltes 3 ist ein Raum 4, der von einer eine Abdeckung bildenden Abdeckplatte 5 nach oben abgeschirmt ist, gebildet und der zur Aufnahme eines Schmelzbades 6 dient. Die Metallschmelze 7 wird über eine Öffnung 8 der Abdeckung, durch die ein Tauchrohr in das Schmelzbad 6 bis unter den Badspiegel 9 ragt, zugeführt. Die Gießwalzen 2 sind mit einer nicht dargestellten Innenkühlung versehen. Seitlich der Gießwalzen 2 sind Seitenplatten zur Abdichtung des das Schmelzbad 6 aufnehmenden Raumes 4 vorgesehen.
  • An den Oberflächen 10 der Gießwalzen 2 kommt es jeweils zur Bildung einer Strangschale, wobei diese Strangschalen im Gießspalt 3, d.h. am Kissing-point, zu einem Band 1 vereinigt werden. Zur optimalen Bildung eines Bandes 1 mit in etwa gleichmäßiger Dicke - vorzugsweise mit leichter normgerechter Wölbung - ist es wesentlich, daß im Gießspalt 3 eine spezifische Walzkraftverteilung, z.B. in Rechteckform oder Faßform, vorliegt.
  • Zur Konstanthaltung der Struktur der Oberflächen der Gießwalzen können Bürstensysteme vorgesehen sein, deren Bürsten an die Oberflächen 10 der Gießwalzen 2 anstellbar sind.
  • Zur Qualitätssicherung des gegossenen Stahlbandes 1 dient ein Rechner 11, in den Maschinendaten, das gewünschte Format des Metallbandes, Materialdaten, wie die chemische Analyse der Stahlschmelze, der Gießzustand, die Gießgeschwindigkeit, die Flüssigstahltemperatur, mit der die Stahlschmelze zwischen die Gießwalzen eintritt, sowie das gewünschte Gefüge und gegebenenfalls eine Verformung des Stahlbandes, die on-line oder auch außerhalb der Stranggießanlage stattfinden kann, eingegeben werden. Der Rechner errechnet anhand eines metallurgischen Rechenmodells, das die Phasenumwandlungkinetik und Keimbildungkinetik beinhaltet, und anhand eines thermischen Rechenmodells, das die Temperaturanalyse aufgrund der Lösung einer Wärmeleitungsgleichung ermöglicht, verschiedene die Qualität des Warmbandes beeinflussende Parameter, wie eine Temperaturbeeinflussung der Stahlschmelze und/oder des Stahlbandes sowie weiters die Innenkühlung der Gießwalzen, die Gasbeaufschlagung der Gießwalzen, den Verformungsgrad des mittels eines im dargestellten Beispiel on-line angeordneten Walzgerüstes 12, sowie gegebenenfalls Haspelbedingungen für den Haspel 13, etc.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte Rechenmodell basiert im wesentlichen auf einem Bandgießmodell und einem Walzmodell. Ersteres beinhaltet ein Gießwalzen-, Erstarrungs-, Seigerungs-, Primärgefüge-, Phasenumwandlungs- und Ausscheidungsmodell. Das Walzmodell beinhaltet ein thermophysikalisches Modell, ein Phasenumwandlungs-, Warmwalz-, Ausscheidungs-, Rekristallisations- und Komgrößenmodell sowie ein Modell für eine Vorhersage mechanischer Kenngrößen.
  • Für die Ersterstarrung an den Gießwalzen 2 ist die Strukturierung der Gießwalzenoberflächen 10 ausschlaggebend. Das Oberflächenprofil der Gießwalzen 2 wird dabei vom Stahl 7 nachgebildet, allerdings nur bis zu einem gewissen Grad. Aufgrund der Oberflächenspannung des Flüssigstahles 7 werden dabei oft "Täler" überspannt, in denen sich Medien (z.B. Gase) einlagern. Da die Gase die Wärmeabfuhr vom Flüssigstahl 7 zu den Gießwalzen 2 hin vermindern, wird die Erstarrung verzögert.
  • Das Zusammenspiel zwischen speziell geschaffenen Gießwalzenoberflächen 10 und verschiedenen Gasmischungen wird genutzt, um eine für den Gießvorgang geeignete Temperatur einzustellen. Dazu ist es notwendig, die Beschaffenheit der Gießwalzenoberflächen 10 genau zu kennen und zu beschreiben. Dies geschieht durch Vermessen der Gießwalzenoberfläche nach fertiger Oberflächenbearbeitung an mehreren Punkten (idealerweise mehrere Male in axialer Richtung, z.B. mit einem hochsensiblen Meßstift). Die so gewonnenen Oberflächenprofile werden nun gefiltert und in Klassen eingeteilt.
  • Für jede dieser Klassen werden off-line durch Strömungssimulationen und Versuche Wärmeübergänge ermittelt und somit jeder Oberflächenklasse eine bestimmte Verteilung an Wärmeflüssen zugeordnet. Diese Wärmefluß/Temperaturverteilungen werden an die nachgeschalteten Programmteile übergeben.
  • Eine Voreinstellung der (integralen) Wärmeflüsse kann durch die Einstellung der Gießwalzentemperatur ermöglicht werden. Diese wiederum ist durch die Gießwalzenwerkstoffe, die Kühlwassertemperatur und die Kühlwassermenge bestimmt.
  • Der erste Schritt dieses Rechenmodells besteht somit darin, den Zustand der Gießwalzenoberfläche zu beschreiben und die zugehörigen Wärmeübergänge (Oberflächen- "Berge", gasgefüllte "Täler", Übergangsgebiete) zu errechnen und in Klassen einzuteilen (Fuzzyfizierung) sowie die jeweiligen Temperaturen zu übermitteln.
  • In einem zweiten Schritt wird die Primärerstarrung zu den verschiedenen Klassen errechnet. Hierzu wurde vorher in Versuchen die Primärerstarrung (Dendritenwachstum, -ausrichtungen, -längen, -armabstände) anhand von Erstarrungsversuchen bestimmt und gleichzeitig mit Simulationsrechnungen in Kombination mit (oder durch Verwendung eines statistischen Modells = zellularen Automaten) dem Temperaturmodell nachgerechnet. Ziel dieses Schrittes ist die Errechnung der Größenverteilung und Wachstumsrichtung der Dendriten.
  • In diesem Schritt werden (nahezu) parallel wachsende Dendriten zu Körnern zusammengefaßt. Das Ergebnis dieses Schrittes ist die Abschätzung der Korngrößenverteilung und ev. eines Formfaktors (Länge/Breite).
  • Zur Bestimmung von Seigerungen und Ausscheidungen dienen ein Seigerungsmodell und ein Ausscheidungsmodell. Letzteres bestimmt in Kombination mit dem Temperaturmodell für die jeweilige Bandposition den Grad der Ausscheidungsvorgänge, die fuzzyfiziert werden.
  • Mittels eines mechanischen Modells, welches zusammen mit dem Temperaturmodell die entstehenden Gefügespannungen ermittelt und fuzzyfiziert, ist es möglich, Rißbildungen vorherzusagen.
  • Alle Parameter werden einem Walzmodell übergeben, dessen Ziel es ist, Vorhersagen über Gefüge, mechanische Parameter sowie Kühlbedingungen im Auslaufteil und geometrische Parameter ,wie z.B. Planheit, vorherzusagen.
  • Alle fuzzyfizierten Parameter werden einem on-line Berechnungsmodell übergeben, welches anhand des ständig mitlaufenden Temperaturmodells die aktuellen Bedingungen für das Stahlband 1 ermittelt und gegebenenfalls mittels Steuerkreise auf die Steuerparameter Einfluß nimmt.
  • Aus bereits produzierten Bändern werden Qualitätsmerkmale wieder zurückgeleitet und gespeichert sowie mit den Herstellparametern korreliert. In einer selbstlernenden Schleife werden neue Verfahrensparameter vorgeschlagen.
  • Beispiele für Rechenmodelle, wie sie für die Erfindung angewendet werden können, finden sich in der österreichischen Patentanmeldung A 972/2000.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Stranggießen eines dünnen Metallbandes (1) im Zweiwalzeaverfahren, insbesondere eines Stahlbandes, vorzugsweise mit einer Dicke geringer als 10 mm, wobei Metallschmelze (7) in einen von zwei Gießwalzen (2) in der Dicke des zu gießenden Metallbandes (1) gebildeten Gießspalt (3) unter Bildung eines Schmelzbades (6) gegossen wird, dadurch, gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines bestimmten Gefüges im gegossenen Metallband das Stranggießen unter on-line-Berechnung unter Zugrundelegung eines die Ausbildung des bestimmten Gefüges des Metalles beschreibenden Recherunodells durchgefühn wird, wobei die Gefügeausbildung beinflussende Variablen des Stranggießverfahrens on-line-dynamisch, d.h. während des laufenden Gießens, eingestellt werden.
  2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Geometrie des Metallbandes das Stranggießen unter on-line-Berechnung unter Zugrundelegung eines die Ausbildung der Geometrie des Metallbandes beschreibenden Rechenmodells durchgeführt wird, wobei die Geometrie beeinflussende Variable des Stranggießverfahrens on-line-dynamisch, d.h. während des laufenden Gießens, eingestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der Oberfläche der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs- und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primärerstarrung, integriert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (11) der Gießwalzen (2) oberhalb des Schmelzbades (6) mit einem Gas oder Gasgemisch bespült werden und die chemische Zusammensetzung des Gases bzw. Gasgemisches sowie die Menge und gegebenenfalls Verteilung über die Länge der Gießwalzen erfaßt, vorzugsweise on-line erfaßt, und in das Rechenmodell unter Berücksichtigung der daraus resultierenden Erstarrungs und Seigerungsbedingungen, insbesondere bei der Primürerstarrung, integriert werden.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechenmodell thermodynamische Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Phasen-Umwandlungskinenk beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet werden und die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt wird, wobei für die Simulation die Dicke deg Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte, vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rechenmodell ein kontinuierliches Phasen-Umwandlungsmodell des Metalles integriert ist, insbesondere nach Avrami.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechenmodell thermodynamisch Zustandsänderungen des gesamten Metallbandes, wie Änderungen der Temperatur, durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und Lösen einer die Ausscheidungskinetik während und/oder nach der Erstarrung, insbesondere nichtmetallischer und intermetallischer Ausscheidungen, beschreibenden Gleichung bzw. Gleichungssystemen ständig mitgerechnet werden und die Temperatureinstellung des Metallbandes sowie gegebenenfalls der Gießwalzen in Abhängigkeit des errechneten Wertes mindestens einer der thermodynamischen Zustandsgrößen eingestellt wird, wobei für die Simulation die Dicke des Metallbandes, die chemische Analyse des Metalles sowie die Gießgeschwindigkeit berücksichtigt werden, deren Werte vorzugsweise während des Gießens wiederholt gemessen werden, insbesondere die Dicke betreffend ständig gemessen werden.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausscheidungskinetik aufgrund freier Phasenenergie und Keimbildung und Verwendung thermodynamischer Grundgrößen, insbesondere der Gibb'schen Energie, und das Keimwachstum nach Zener in das Rechenmodell integriert ist.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch Gefügemengenverhälmisse gemäß Mehrstoffsystem-Diagrammen, wie z.B. gemäß Fe-C-Diagramm, in das Rechenmodell integriert sind.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rechenmodell Komwachsiumseigenschaften und/oder Kombildungseigenschaften, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Rekristallisation des Metalles, integriert sind.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Variable des Stranggießens, die eine Gefligeausbildung beeinflußt, eine während des Ausförderns des Metallbandes stanfindende ein- oder mehrstufige Warm- und/oder Kaltwalzung in das Rechenmodell integriert ist.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechenmodell auch der mechanische Zustand, wie das Verformungsverhalten, durch Lösen weiterer Modellgleichungen, insbesondere durch Lösen der kontinuumsmechanischen Grundgleichungen für das visco-elasto-plastische Werkstoffverhalten, ständig mitgerechnet wird.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mengenmäßig definiertes Gefüge durch Aufbringen einer on-line errechneten Strangverformung, welche eine Rekristallisation des Gefüges bewirkt, eingestellt wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Beeinflussung der Metallschmelze und bereits erstarrten Metalles durch die Gießwalzen unter on-line Erfassung der Gießwalzenkühlung in das Rechenmodell integriert ist.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Beeinflussung des Metallbandes, wie Kühlen und/oder Erhirzen, in das Recheninodell integriert ist.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rechenmodell ein Walzprozeßmodell, vorzugsweise ein Warmwalzprozeßmodell, integriert ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprozeßmodell eine Walzkraftberechnung integriert hat.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprozeßmodell eine Walzbiegekraftberechnung integiert hat.
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprozeßmodell eine Walzverschiebungsberechnung für profilierte Walzen integriert hat.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprozeßmodell eine Walzendeformationsberechnung integriert hat.
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprozeßmodell eine Verformungsberechnung für thermisch verursachte Walzgeometrieänderungen integriert hat.
  22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Rechenmodells mechanische Eigenschaften des Metallbandes, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung u.s.w. ständig mitgerechnet oder zumindest für das Bandgießprozeßende errechnet werden.
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