EP1491275B1 - Verfahren zum Erkennen von Blasensieden in den Kühlkanälen einer Stranggiesskokille - Google Patents

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

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EP1491275B1
EP1491275B1 EP04012297A EP04012297A EP1491275B1 EP 1491275 B1 EP1491275 B1 EP 1491275B1 EP 04012297 A EP04012297 A EP 04012297A EP 04012297 A EP04012297 A EP 04012297A EP 1491275 B1 EP1491275 B1 EP 1491275B1
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mold
nucleate boiling
cooling channels
cooling
continuous casting
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Stephan Schulze
Hans Streubel
Peter Dr. Heinrich
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SMS Siemag AG
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SMS Demag 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • 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 nucleate boiling in the cooling channels of a continuous casting mold and means for suppressing them.
  • Chill mold cooling is usually designed based on experience, temperature measurements, literature references and / or numerical calculations.
  • the copper temperatures which occur in particular at high casting speeds and decreasing copper wall thicknesses can in critical cases lead to uncontrolled nucleate boiling on the water side.
  • the uncontrolled nucleate boiling leads to an uneven heat transfer in the mold and can cause strand defects.
  • the known document proposes that the flow velocity and the water pressure of the cooling system be adjusted so that the lowest temperature in the region of the water outlet side is at the boiling point, and that for all higher temperatures bubble evaporation in the supercooled boiling of the Cooling water is stimulated.
  • the document EP 0 881 018 B1 discloses a liquid-cooled continuous casting mold with mutually independent walls of copper plates, wherein in the lower part of the inlet of cooling water and in the upper wall region of the cooling water drain is arranged, and in close sequence each in a vertical plane cooling channels with inlet and outlet holes are arranged.
  • the inlet holes form the inlet of the cooling water flow into the cooling channels of the mold wall, while the sum of the drainage holes together form the water drain and the cooling water inlet at least one temperature sensor and an encoder for the feed rate per unit time is arranged and further wherein in the water drainage area between a copper plate and the cooling water drainage openings of the water box per broad side plate at least two points are connected temperature sensor.
  • the signals of water temperatures and quantities of water supplied to a computer allow 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 oscillations of a continuous casting mold oscillatingly drivable in the casting direction with a vibration sensor connectable to an evaluation circuit in the form of an acceleration sensor which can be attached to the mold.
  • the vibration sensor consists of a three-component accelerometer which is connected via a double integrator to a read-out memory for each component which can be read out according to a freely selectable program.
  • the document GB-A-2 068 803 relates to a device for preventing breakthroughs in a continuous casting plant during the casting of steel using accelerometers which are arranged on the slab mold or on the lifting table.
  • the document US-A-4,542,781 relates to a device for breakthrough warning in a continuous casting plant consisting of an accelerometer, a charge amplifier connected to these and a comparator stage, which in turn comprises a narrow-band frequency analyzer and a desktop computer.
  • the structure-borne noise occurring in the area of the continuous casting mold, which is amplified by the charge amplifier, is stored by a recording device.
  • the present invention seeks to establish a continuous monitoring for undercooled nucleate boiling in the cooling channels of a continuous casting mold in order to avoid uncontrolled nucleate boiling, which is the cause of uneven heat transfer from the cast metal into the mold walls is and can cause strand defects.
  • the speed and / or the pressure of the coolant in the cooling channels of the mold is increased in accordance with the determined controlled variable until the signal pattern of background noise is reached again in the casting operation without undercooled nucleate boiling.
  • the pressure waves produced during recondensation are significantly above the background noise in the mold plate without undercooled nucleate boiling.
  • the possibility is created due to safe and timely detection of the beginning of a supercooled bubble boiling to avoid the formation of temperature differences in the range of the bath level and thus to reduce different melting behavior of the casting powder and to avoid strand defects.
  • Figure 1 shows a wide side wall 11 and a mold 10.
  • a bore 12 is arranged laterally, which receives a temperature sensor 13. This has the task to determine the current temperature of the broad side wall 11 and the mold 10 by measurement.
  • FIG. 2 shows a measuring arrangement for detecting nucleate boiling in the cooling channels of the mold 10 in a continuous casting installation (not shown).
  • an encoder 13 is connected to the control circuit 14 for detecting the sound pulses emitted during the subcooled nucleate boiling in the cooling channels.
  • the control circuit 14 has as modules the measuring units 1 and 2 or controller, which cooperate with changing the coolant parameters of the mold.
  • the controller 1 receives with the aid of the encoder 13 a noise floor as a basic pattern of a sound emission in the mold in the casting operation without undercooled nucleate boiling.
  • the controller 1 receives from the control circuit 14 the current values for water pressure, water velocity and casting speed and sound emission and compares the latter with the basic pattern of the noise emission of the encoder 13 and forms from the comparison of the current parameter data using the comparison units 4, 5, 6 controlled variables using of the controller 2 for changing the cooling parameters of the mold 10.
  • reference values for the controller 2 in the regulator circuit are applied to the comparison units 4, 5, 6.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

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 unterkühlten 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.
  • Das Dokument GB-A-2 068 803 betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Durchbrüchen in einer Stranggießanlage beim Vergießen von Stahl unter Verwendung von Beschleunigungsmessern, die an der Brammenkokille oder am Hubtisch angeordnet sind.
  • Das Dokument US-A-4,542,781 betrifft eine Vorrichtung zur Durchbruchwarnung bei einer Stranggießanlage bestehend aus einem Beschleunigungsaufnehmer, einem an diesen angeschlossenen Ladungsverstärker und aus einer Vergleicherstufe, die ihrerseits einen Schmalband-Frequenzanalysator und einen Tischrechner umfasst. Der im Bereich der Stanggußkokille auftretende Körperschall , der vom Ladungsverstärker verstärkt ist, wird von einer Aufzeichnungsvorrichtung abgespeichert.
  • 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.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, 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 (2)

  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.
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