EP1491275A1 - Verfahren und Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggiesskokille - Google Patents

Verfahren und Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggiesskokille Download PDF

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EP1491275A1
EP1491275A1 EP04012297A EP04012297A EP1491275A1 EP 1491275 A1 EP1491275 A1 EP 1491275A1 EP 04012297 A EP04012297 A EP 04012297A EP 04012297 A EP04012297 A EP 04012297A EP 1491275 A1 EP1491275 A1 EP 1491275A1
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cooling
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
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    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level

Definitions

  • the invention relates to a method and a measuring arrangement for detecting bubble boiling in the cooling channels of a continuous casting mold and means for suppressing them.
  • the mold cooling is usually designed on the basis of experience, temperature measurements, literature information and / or numerical calculations.
  • the copper temperatures that occur in particular at high casting speeds and decreasing copper wall thicknesses can lead to an uncontrolled bubble boiling on the water side in critical cases.
  • the uncontrolled bubble boiling leads to uneven heat transfer in the mold and can cause strand defects.
  • the known document proposes that the flow rate and the water pressure of the cooling system be set so that the lowest temperature in the region of the water outlet side is at the boiling point limit, and that for all higher temperatures, bubble evaporation during supercooled boiling of the Cooling water is excited.
  • Document EP 0 881 018 B1 discloses a liquid-cooled continuous casting mold with mutually independent walls made of copper plates, the inlet of cooling water being arranged in the lower region and the cooling water outlet being arranged in the upper region of the wall, and cooling ducts with inlet and outlet bores in each case in a vertical plane are arranged.
  • the inlet bores form the inlet of the cooling water flow into the cooling channels of the mold wall, while the sum of the drain bores together form the water drain and at least one temperature sensor and a sensor for the feed quantity per unit of time is arranged in the cooling water inlet, and temperature sensors are also connected at least at two points in the water drainage area between a copper plate and the cooling water drain openings of the water box per broadside plate.
  • the signals of water temperatures and water quantities fed to a computer enable a differentiated statement about the distribution of partial heat flows along the mold width.
  • Document DE 36 32 333 C2 discloses a device for monitoring vibrations of a continuous casting mold that can be driven in the casting direction with a vibration sensor that can be connected to an evaluation circuit in the form of an accelerometer that can be attached to the mold.
  • the vibration sensor consists of a three-component accelerometer, which is connected via a double integrator to a measured value memory for the individual components that can be read out according to a freely selectable program.
  • the invention has for its object to set up a continuous monitoring for supercooled bubble boiling in the cooling channels of a continuous casting mold in the ongoing casting operation, in order to avoid an uncontrolled bubble boiling, which is the cause of an uneven heat transfer from the cast metal into the mold walls is and can cause string faults.
  • the stated object is achieved in that accelerometers are provided on the mold, preferably on at least one of the mold plates or in at least one of the coolant channels.
  • An alternative of the measuring arrangement consists in that at least one measuring device for detecting the sound pulses emitted during subcooled bubble boiling in the cooling channels is arranged on or outside the mold, which is connected to a measuring device for detecting the background noise of the coolant flow in the cooling channels and both measuring devices Components of a control loop for changing the coolant parameters of the mold work together.
  • this is achieved in that, for example, the speed and / or the pressure of the coolant in the cooling channels of the mold is increased in accordance with the determined control variable until the signal pattern of the background noise in the casting operation is reached again without undercooled bubble boiling.
  • the possibility is created of avoiding the formation of temperature differences in the area of the bath level and thus of reducing the melting behavior of the casting powder and preventing strand defects.
  • FIG. 1 shows a broad side wall 11 and a mold 10.
  • a bore 12 on the side which receives a temperature sensor 13. This has the task of determining the current temperature of the broad side wall 11 and the mold 10 by measurement.
  • FIG. 2 shows a measuring arrangement for detecting bubble boiling in the cooling channels of the mold 10 in a continuous casting plant, not shown.
  • a transmitter 13 is connected to the control circuit 14 for detecting the sound pulses emitted in the cooling channels during supercooled bubble boiling.
  • the control circuit 14 has, as components, the measuring units 1 and 2 or controllers, which interact with changes in the coolant parameters of the mold.
  • the controller 1 receives a basic noise as the basic pattern of a sound emission in the mold in the casting operation without supercooled bubble boiling.
  • the controller 1 receives the current values for water pressure, water speed and pouring speed and sound emission from the control circuit 14 and compares the latter with the basic pattern of the sound emission of the transmitter 13 and forms control variables from the comparison of the current parameter data with the aid of the comparison units 4, 5, 6 of the controller 2 for changing the cooling parameters of the mold 10.
  • Set values for the controller 2 in the controller circuit are simultaneously applied to the comparison units 4, 5, 6.
  • the current values for casting speed, water speed and water pressure are then changed until the corresponding background noise in the mold is reached again without supercooled bubble boiling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Kokille einer Stranggießanlage. Dabei werden die beim Rekondensieren der Blasen entstehenden Druckwellen messtechnisch erfasst und mit dem Grundrauschen in der Kokille im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden verglichen. Aus dem Vergleich beider Messgrößen wird eine Regelgröße zur Veränderung der Kühlparameter der Kokille ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggießkokille und Mittel zu deren Unterdrückung.
  • Die Kokillenkühlung wird üblicherweise auf der Basis von Erfahrungen, Temperaturmessungen, Literaturangaben und/oder numerischen Berechnungen ausgelegt.
  • Die insbesondere bei hohen Gießgeschwindigkeiten und abnehmenden Kupferwandstärken auftretenden Kupfertemperaturen können in kritischen Fällen zu einem unkontrollierten Blasensieden auf der Wasserseite führen. Das unkontrollierte Blasensieden führt zu einem ungleichmäßigen Wärmeübergang in der Kokille und kann Strangfehler verursachen.
  • Aus dem Dokument EP 0 992 304 A1 ist bekannt, dass bei Auslegung der Kokillenkühlung zumeist die Strömungsgeschwindigkeit und der Wasserdruck an der Austrittsseite des Kühlsystems so gewählt werden, dass für die heißeste Stelle der Kokille die Temperaturen an der Oberfläche der Kühlkanäle unter der Siedetemperatur des Wassers entsprechend dem Austrittsdruck liegen.
  • Dabei können sich an der Kontaktfläche der Schmelze zur Kokillenplatte im Bereich des Badspiegels unterschiedliche Wärmebelastungen ergeben, die zu unterschiedlichem Aufschmelzverhalten des Giesspulvers führen und damit zu Ungleichmässigkeiten in der Ausbildung der noch sehr empfindlichen Strangschale in statu nascendi.
  • Zur Verbesserung dieser nachteiligen Verhältnisse schlägt das bekannte Dokument vor, dass die Strömungsgeschwindigkeit und der Wasserdruck des Kühlsystems so eingestellt werden, dass die niedrigste Temperatur im Bereich der Wasseraustrittsseite an der Grenze der Siedetemperatur liegt, und dass für alle höheren Temperaturen eine Blasenverdampfung beim unterkühlten Sieden des Kühlwassers angeregt wird.
  • Dadurch wird erreicht, dass die Wärmestromdichte beim Wärmeübergang vom gegossenen Metallstrang über die Kokillenwand auf das Kühlmedium Wasser infolge des erhöhten Verbrauchs an Verdampfungswärme für die Blassenverdampfung mit steigender Überschreitung der Siedetemperatur durch entsprechende Intensivierung der Blasenverdampfung derart erhöht wird, dass sich die Temperaturunterschiede über die Kokillenbreite verringern, womit eine Egalisierung der Temperaturverteilung im Bereich des Badspiegels durch gezielte Kühlung der Kokillenwände und damit auch des Metallstranges mit Hilfe des unterkühlen Siedens des Kühlwassers erzielt wird.
  • Das Dokument EP 0 881 018 B1 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille mit voneinander unabhängigen Wänden aus Kupferplatten, wobei im unteren Bereich der Zulauf von Kühlwasser und im oberen Wandbereich der Kühlwasserablauf angeordnet ist, und in dichter Folge jeweils in einer vertikalen Ebene Kühlkanäle mit Zu- und Ablaufbohrungen angeordnet sind. Die Zulaufbohrungen bilden den Zulauf des Kühlwasserstromes in die Kühlkanäle der Kokillenwand, während die Summe der Ablaufbohrungen zusammen den Wasserablauf bilden und im Kühlwasserzulauf wenigstens ein Temperaturfühler und ein Geber für die Zulaufmenge pro Zeiteinheit angeordnet ist und wobei ferner im Wasserablaufbereich zwischen einer Kupferplatte und den Kühlwasserablauföffnungen des Wasserkastens pro Breitseitenplatte mindestens an zwei Stellen Temperaturfühler angeschlossen sind. Die einem Rechner zugeführten Signale von Wassertemperaturen und Wassermengen ermöglichen eine differenzierte Aussage über die Verteilung partieller Wärmeströme entlang der Kokillenbreite.
  • Das Dokument DE 36 32 333 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen von Schwingungen einer in Giessrichtung schwingend antreibbaren Stranggießkokille mit einem an eine Auswertschaltung anschließbaren Schwingungsaufnehmer in Form eines an der Kokille befestigbaren Beschleunigungsgebers. Der Schwingungsaufnehmer besteht aus einem Dreikomponenten-Beschleunigungsgeber, der über einen Doppelintegrator an einen nach einem frei wählbaren Programm auslesbaren Messwertspeicher für die einzelnen Komponenten angeschlossen ist.
  • Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im laufenden Gießbetrieb eine kontinuierliche Überwachung auf unterkühltes Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggießkokille einzurichten, um damit ein unkontrolliertes Blasensieden zu vermeiden, welches die Ursache für einen ungleichmäßigen Wärmeübergang vom gegossenen Metall in die Kokillenwände ist und Strangfehler hervorrufen kann.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, die beim Rekondensieren der Blasen entstehenden Druckwellen messtechnisch zu erfassen und mit dem Grundrauschen in der Kokille im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden zu vergleichen und aus dem Vergleich beider Messgrößen eine Regelgröße zur Veränderung der Kühlparameter der Kokille zu ermitteln.
  • Damit gelingt es, nahezu verzögerungslos auf ein erstes Auftreten des unterkühlten Blasensiedens zu reagieren, was beispielsweise durch eine Messung der Temperaturerhöhung des Kokillenkühlwassers nicht möglich ist, da die Temperaturerhöhung z. B. durch eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit oder den Einsatz eines weniger isolierenden Pulvers verursacht wird.
  • Bei einer Vorrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 3 genannten Art wird die genannte Aufgabe dadurch verwirklicht, dass an der Kokille, vorzugsweise an wenigstens einer der Kokillenplatten oder in zumindest einem der Kühlmittelkanäle Beschleunigungsgeber vorgesehen sind.
  • Eine Alternative der Messanordnung besteht darin, dass an oder außerhalb der Kokille mindestens ein Messgerät zur Erfassung der beim unterkühlen Blasensieden in den Kühlkanälen ausgesandten Schallimpulse angeordnet ist, welches mit einem Messgerät zur Erfassung des Grundrauschens der Kühlmittelströmung in den Kühlkanälen in Verbindung steht und beide Messgeräte mit Bausteinen eines Regelkreises zur Änderung der Kühlmittelparameter der Kokille zusammen wirken.
  • Aus diesem Grunde wird mit der Erfassung der Beschleunigung oder der Schallintensität des strömenden Kühlmediums zugleich der Eintritt der durch Blasenverdampfung sich einstellenden Schallwellen sicher detektiert und die Möglichkeit eröffnet, mit entsprechenden Maßnahmen gegenzusteuern.
  • In Ausgestaltung der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass nach Maßgabe der ermittelten Regelgröße beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder der Druck des Kühlmittels in den Kühlkanälen der Kokille erhöht wird bis das Signalmuster des Grundrauschens im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden wieder erreicht ist.
  • Die beim Rekondensieren entstehenden Druckwellen liegen nämlich deutlich oberhalb des Grundrauschens in der Kokillenplatte ohne unterkühltes Blasensieden.
  • Mit der Erfindung wird infolge sicherer und rechtzeitiger Erfassung des Beginns eines unterkühlten Blasensiedens die Möglichkeit geschaffen, die Bildung von Temperaturunterschieden im Bereich des Badspiegels zu vermeiden und damit unterschiedliches Aufschmelzverhalten des Gießpulvers zu mindern sowie Strangfehler zu vermeiden.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Breitseitenwand einer Kokille mit integriertem Messgerät zur Erfassung der beim unterkühlten Blasensieden in den Kühlkanälen ausgesandten Schallimpulsen, angeordnet in einem Regelkreis.
    Fig. 2
    den Aufbau des Regelkreises.
  • Figur 1 zeigt eine Breitseitenwand 11 und eine Kokille 10. In der Breitseitenwand 11 ist seitlich eine Bohrung 12 angeordnet, die einen Temperaturfühler 13 aufnimmt. Dieser hat die Aufgabe, die aktuelle Temperatur der Breitseitenwand 11 und der Kokille 10 messtechnisch zu ermitteln.
  • Figur 2 zeigt eine Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen der Kokille 10 in einer nicht dargestellten Stranggießanlage.
  • Bei dieser Messanordnung steht ein Geber 13 zur Erfassung der beim unterkühlten Blasensieden in den Kühlkanälen ausgesandten Schallimpulse mit dem Regelkreis 14 in Verbindung. Der Regelkreis 14 besitzt als Bausteine die Messeinheiten 1 und 2 bzw. Regler, die mit Änderung der Kühlmittelparameter der Kokille zusammenwirken. Der Regler 1 empfängt mit Hilfe des Gebers 13 ein Grundrauschen als Grundmuster einer Schallemission in der Kokille im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden. Der Regler 1 erhält aus dem Regelkreis 14 die aktuellen Werte für Wasserdruck, Wassergeschwindigkeit und Gießgeschwindigkeit sowie Schallemission und vergleicht letztere mit dem Grundmuster der Schallemission des Gebers 13 und bildet aus dem Vergleich der aktuellen Parameterdaten mit Hilfe der Vergleichseinheiten 4, 5, 6 Regelgrößen mit Hilfe des Reglers 2 zur Veränderung der Kühlparameter der Kokille 10. Auf die Vergleichseinheiten 4, 5, 6 werden zugleich Sollwerte für den Regler 2 im Reglerkreis aufgeschaltet.
  • Nach Maßgabe der ermittelten Regelgröße im Regler 2 werden dann die aktuellen Werte für Gießgeschwindigkeit, Wassergeschwindigkeit und Wasserdruck, solange verändert, bis wieder das entsprechende Grundrauschen in der Kokille ohne unterkühltes Blasensieden erreicht ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Kokille (10) einer Stranggießanlage,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Rekondensieren von Blasen entstehende Druckwellen messtechnisch erfasst und mit dem Grundrauschen in der Kokille (10) im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden verglichen werden und aus dem Vergleich beider Messgrößen eine Regelgröße zur Veränderung der Kühlparameter der Kokille (10) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach Maßgabe der ermittelten Regelgröße beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder der Druck des Kühlmittels in den Kühlkanälen der Kokille (10) erhöht wird bis wieder das Signalmuster des Grundrauschens im Gießbetrieb ohne unterkühltes Blasensieden erreicht ist.
  3. Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Kokille einer Stranggießanlage,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Kokille (10), vorzugsweise an wenigstens einer der Kokillenplatten (11) oder in zumindest einem der Kühlmittelkanäle Beschleunigungsgeber vorgesehen sind.
  4. Messanordnung zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Kokille (10) einer Stranggießanlage,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an oder außerhalb der Kokille mindestens ein Messgerät (7) zur Erfassung der beim unterkühlten Blasensieden in den Kühlkanälen ausgesandten Schallimpulse angeordnet ist, welches mit einem Messgerät zur Erfassung des Grundrauschens der Kühlmittelströmung in Kühlkanälen in Verbindung steht und beide Messgeräte mit Bausteinen eines Regelkreises (14) zur Änderung der Kühlmittelparameter der Kokille zusammen wirken.
EP04012297A 2003-06-27 2004-05-25 Verfahren zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggiesskokille Expired - Lifetime EP1491275B1 (de)

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