EP3437757A1

EP3437757A1 - Stranggiessen eines metallischen strangs

Info

Publication number: EP3437757A1
Application number: EP17184956.5A
Authority: EP
Inventors: Franz Wimmer; Susanne Hahn; Heinrich Thoene
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2019-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Stranggießen eines metallischen Strangs (1) in einer Stranggießmaschine. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Stranggießverfahren so zu verändern, dass die Ausbildung von Hohlräumen bzw. Rissen im Strang (1) verhindert wird. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Intensität der Sekundärkühlung (4) über der Zeit t oder der Stranglänge s abnimmt, sodass ein Stranganfang (1a) intensiver abgekühlt wird als ein Strangende (1c).

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen, vorzugsweise das semi-kontinuierliche Stranggießen, eines metallischen Strangs in einer Stranggießmaschine.
Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stranggießen, vorzugsweise zum semi-kontinuierlichen Stranggießen, eines Strangs in einer Stranggießmaschine, wobei die Stranggießmaschine eine Kokille mit einer Primärkühlung, in Gießrichtung nachfolgend eine Strangführung mit mehreren, vorzugsweise an den Strang anstellbaren, Strangführungsrollen zum Führen und einer Sekundärkühlung zum Abkühlen des Strangs, und wiederum nachfolgend eine Tertiärkühlzone zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des Strangs aufweist, umfassend die Verfahrensschritte:

Einführen eines Kaltstrangs in die Kokille;
Halten des Kaltstrangs in der Kokille, sodass ein Kopf des Kaltstrangs die Kokille fluiddicht verschließt;
Angießen der Stranggießmaschine, wobei Metallschmelze in die Kokille gegossen wird und sich in der Kokille ein Gießspiegel und ein teilerstarrter Strang ausbildet;
Beginnen des Ausziehens des Kaltstrangs aus der Kokille, wobei der Kaltstrang aus der Kokille ausgezogen wird;
Stützen und Führen des teilerstarrten Strangs in der Strangführung, wobei der teilerstarrte Strang durch die Strangführungsrollen gestützt, geführt und durch Kühldüsen der Sekundärkühlung abgekühlt wird; und
gesteuertes oder geregeltes Abkühlen des teilerstarrten Strangs bis zur Durcherstarrung des Strangs in der Tertiärkühlzone.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Stranggießmaschine zum Stranggießen, vorzugsweise zum semi-kontinuierlichen Stranggießen, eines metallischen Strangs, die

eine Kokille mit einer Primärkühlung,
in Gießrichtung nachfolgend eine Strangführung mit mehreren, vorzugsweise an den Strang anstellbaren, Strangführungsrollen zum Führen und Stützen des Strangs, sowie eine Sekundärkühlung zum Abkühlen des Strangs, und
wiederum nachfolgend eine Tertiärkühlzone zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des Strangs aufweist.

Stand der Technik

Das gattungsgemäße Verfahren sowie eine geeignete Anlage sind aus der WO 2015/079071 bekannt. Durch die Tertiärkühlzone mit den einstellbaren Isolationspanelen kann die Abkühlgeschwindigkeit des Strangs von unten nach oben fein eingestellt werden. Dadurch wird die Ausbildung von Hohlräumen im Strang unterbunden, sodass flüssige Stahlschmelze durch die Erstarrung bedingte Volumensprünge zwischen der festen und flüssigen Phase ausgleichen kann. Die Innenqualität des Strangs wird dadurch wesentlich verbessert. Wie die Innenqualität des Strangs weiter verbessert werden kann, geht aus der Schrift nicht hervor.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Stranggießverfahren so zu verändern, dass Hohlräume bzw. Risse im Strang noch konsequenter verhindert werden. Dadurch soll die Innenqualität des vergossenen Strangs weiter verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Ausgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Konkret erfolgt die Lösung durch ein gattungsgemäßes Verfahren, wobei die Intensität der Sekundärkühlung über der Zeit t oder der Stranglänge s abnimmt, sodass ein Stranganfang intensiver abgekühlt wird als ein Strangende.
Durch diese Maßnahme wird ein Strang, typischerweise ein Stahlstrang oder ein Strang aus einer sog. Superlegierung (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Superlegierung, z.B. einer Nickelbasislegierung), mit einer ausgeprägten V-förmigen Ausbildung der Strangschalen erzeugt. Mit anderen Worten nimmt das Dickenwachstum der Strangschalen in Gießrichtung rasch zu, sodass die Strangschale am unteren Ende des Strangs wesentlich dicker ist als am oberen Ende. Dadurch kann flüssige Metallschmelze etwaige durch die Erstarrung bedingte Hohlräume unmittelbar auffüllen, wodurch die Innenqualität des Strangs verbessert wird.
Es ist zweckmäßig, wenn zur Stellung der Intensität ein Druck p und/oder eine Durchflussrate Q eines durch eine Kühldüse auf den Strang ausgebrachten Kühlmittels beeinflusst wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein thermisches Rechenmodell während des Stranggießens in Abhängigkeit

einer chemischen Zusammensetzung der Metallschmelze,
der Primärkühlung des Strangs in der Kokille,
einer Auszugsgeschwindigkeit des Strangs aus der Kokille, ständig das Ist-Temperaturfeld des Strangs einschließlich der Ist-Phasengrenzen zwischen den festen, teigigen und flüssigen Phasen im Strang berechnet, wobei die Intensität der Sekundärkühlung, wie ein Druck p und/oder eine Durchflussrate Q eines durch eine Kühldüse auf den Strang ausgebrachten Kühlmittels, in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze, eingestellt wird.

Die Berechnung des Ist-Temperaturfelds und die Steuerung der Sekundärkühlung ist z.B. aus der DE 44 17 808 oder aus der WO 2009/141205 bekannt. Details dazu werden in diese Anmeldung per Referenz mitaufgenommen. Durch diese Ausführungsform kann die Intensität der Sekundärkühlung bzw. der Druck p und/oder die Durchflussrate Q z.B. so eingestellt werden, dass die Ist-Position einer zeitlich abhängigen Soll-Position der Sumpfspitze möglichst entspricht.
Zusätzlich zur Veränderung der Intensität der Sekundärkühlung während des Gießprozesses ist es vorteilhaft, einen Wärmedurchgangskoeffizient U einer Wärmeisolation in der Tertiärkühlzone in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze, einzustellen.
Weiters ist es günstig, dass nach dem Beginnen des Ausziehens der Kaltstrang mit einer ersten Ausziehgeschwindigkeit v₁ aus der Kokille ausgezogen wird und anschließend die Ausziehgeschwindigkeit v des Kaltstrangs auf eine zweite Ausziehgeschwindigkeit v₂ erhöht wird, wobei gilt v₂ > v₁.
Das Erhöhen der Ausziehgeschwindigkeit v erfolgt in Abhängigkeit der Zeit t oder der Stranglänge s. Vorzugsweise erfolgt die Erhöhung stückweise stetig, bevorzugt zumindest einmal stetig differenzierbar.
Die letztgenannten Maßnahmen wirken sich ebenfalls sehr positiv auf die V-förmige Ausbildung der Strangschale aus.
Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn der Strang in der Tertiärkühlzone durch eine Wärmeisolation thermisch isoliert wird, wobei ein Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation in Gießrichtung zunimmt. Dadurch wird das untere Ende des Strangs, d.h. der Strangkopf, stärker abgekühlt als das obere Ende des Strangs, d.h. der Strangfußes.
Eine weitere Verbesserung der Innenqualität des Strangs kann erreicht werden, wenn die Stranggießmaschine einen in Gießrichtung verfahrbaren Strangrührer umfasst, wobei der Strangrührer während des Ausziehens und nach dem Beenden des Ausziehens des Kaltstrangs aus der Kokille den Bereich der Sumpfspitze des Strangs elektromagnetisch rührt.
Die erfindungsgemäß Aufgabe wird ebenfalls durch eine Stranggießanlage nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Konkret erfolgt die Lösung durch eine gattungsgemäße Stranggießmaschine, die eine Steuer- oder Regeleinrichtung zur zeit- oder stranglängenabhängigen Steuerung oder Regelung der Intensität der Sekundärkühlung aufweist.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- oder Regeleinrichtung ein thermisches Rechenmodell umfasst, das geeignet ist während des Stranggießens in Abhängigkeit

einer chem. Zusammensetzung der Metallschmelze,
einer Auszugsgeschwindigkeit des Strangs aus der Kokille,
der Primärkühlung des Strangs in der Kokille, ständig das Ist-Temperaturfeld des Strangs einschließlich der Ist-Phasengrenzen zwischen den festen, teigigen und flüssigen Phasen im Strang zu berechnen, wobei die Intensität der Sekundärkühlung in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze, eingestellt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Auszugsgeschwindigkeit v des Strangs aus der Kokille und/oder ein Wärmedurchgangskoeffizient U einer Wärmeisolation in der Tertiärkühlzone in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze, eingestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele. Die nachfolgenden schematisch dargestellten Figuren zeigen:

Fig 1a bis 1h die Verfahrensschritte bei der Durchführung des Verfahrens,
Fig 2a ein stranggegossener Strang nach dem Stand der Technik,
Fig 2b ein stranggegossener Strang, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde,
Fig 3a ein Verlauf einer Ausziehgeschwindigkeit eines Strangs aus einer Kokille über der Zeit t,
Fig 3b ein Verlauf einer Ausziehgeschwindigkeit eines Strangs aus einer Kokille über der Stranglänge s,
Fig 4a ein Verlauf einer Durchflussrate Q eines Kühlmittels durch eine Kühldüse über der Zeit t,
Fig 4b ein Verlauf einer Durchflussrate Q eines Kühlmittels durch eine Kühldüse über der Stranglänge s,
Fig 5 ein Darstellung einer auf einen Strang akkumulierten Kühlmittelmenge,
Fig 6 eine Darstellung einer variablen Isolierung in der Tertiärkühlzone,
Fig 7a eine Darstellung einer variablen Wärmeisolation in der Tertiärkühlzone durch verschwenkbare Isolierklappen,
Fig 7b eine Darstellung einer variablen Wärmeisolation in der Tertiärkühlzone durch verschiebbare Isolierklappen,
Fig 8a eine Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Stranggießmaschine mit einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Einstellung der Auszugsgeschwindigkeit v,
Fig 8b eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Stranggießmaschine mit einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung,
Fig 8c eine Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Stranggießmaschine mit einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Einstellung der Wärmeisolierung in der Tertiärkühlzone,
Fig 9a bis 9e eine Darstellung von Verfahrensschritten auf einer alternativen Stranggießmaschine zu den Fig 1a...1h,
Fig 10 eine Darstellung einer Kopfisolierung, und
Fig 11 eine Darstellung der Position der Sumpfspitze im Strang über der Zeit gemäß dem Stand der Technik und der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen

In den Figuren 1a...1h ist das Stranggießen, konkret das sogenannte semi-kontinuierliche Stranggießen, eines Strangs 1 aus Stahl dargestellt. Die Stranggießmaschine ist als eine Vertikalanlage ausgebildet und weist als Hauptkomponenten eine wassergekühlte Kokille 2, eine Strangführung 3 umfassend mehrere, an den Strang 1 anstellbare, Strangführungsrollen 3a und eine Sekundärkühlung 4 mit mehreren Kühldüsen 4a, sowie eine Tertiärkühlzone 5 mit einer Wärmeisolation 9 und mehreren Isolationspanelen 9a auf. Der Maschinenkopf der Stranggießmaschine, umfassend die Kokille 2 und die Strangführung 3, sind gegenüber der Tertiärkühlzone 5 verfahrbar, sodass ein einziger Maschinenkopf mehrere Tertiärkühlzonen mit Strängen versorgen kann. Die Strangführungsrollen 3a müssen nicht notwendigerweise über einen Aktuator an den Strang 1 anstellbar sein. Es genügt, wenn diese mechanisch, z.B. über Beilagscheiben oder sog. shims, anstellbar sind.
In Fig 1a ist die Situation vor dem Angießen der Stranggießmaschine dargestellt. Ein Kaltstrang 6 wurde in die Kokille 2 eingeführt, sodass der stationäre Kaltstrang 6 die Kokille in Gießrichtung G fluiddicht abdichtet.
In Fig 1b ist das Angießen der Stranggießmaschine dargestellt. Eine Stahlschmelze oder eine Schmelze einer sog. Superlegierung wird in die Kokille 2 entweder direkt oder über ein Verteilergefäß zugeführt, sodass sich in der Kokille 2 ein Gießspiegel M und aufgrund der Primärkühlung der Kokille 2 ein Strang 1 ausbildet. Nachdem sich ein etwas konstanter Gießspiegel M eingestellt hat, wird mit dem Ausziehen des Kaltstrangs 6 aus der Kokille 2 begonnen. Anfangs erfolgt das Ausziehen relativ langsam mit einer ersten Ausziehgeschwindigkeit v₁ von 0,12 m/min (siehe Fig 3a). Die Ausziehgeschwindigkeit v wird gemäß Fig 3a gesteigert, sodass sich ein Strang 1 mit einer ausgeprägten V-Form der Strangschalen ausbildet (siehe Fig 2b). Im Gegensatz dazu weist der Strang 1 bei Stranggießverfahren nach dem Stand der Technik (siehe Fig 2a) keine ausgeprägte V-Form auf, was zu einer schlechten Innenqualität (wie Risse, Hohlräume etc.) führt. Durch die ausgeprägte V-Form der Strangschalen 11 des Strangs 1 (siehe Fig 2b) kann der Strang 1 während der Abkühlung in der Tertiärkühlzone 5 flüssig Schmelze aus dem oberen Bereich des teilerstarrten Strangs 1b nachsaugen, sodass etwaige durch die Erstarrung bedingte Hohlräume oder Risse durch Schmelze wiederaufgefüllt werden. Eine dünne Strangschale 11 am oberen Strangende 1c erleichtert dies entscheidend. Die Kokille 2 wird durch einen nicht dargestellten Oszillierer in vertikaler Richtung oszilliert. Eine ebenfalls nicht dargestellte Rührspule unterhalb der Kokille 2 rührt den teilerstarrten Strang. Beide Details sind fachüblich und z.B. aus der WO 2015/079071 bekannt.
In Fig 1c ist das Stranggießen weiter fortgeschritten, wobei der Strang 1 in der Strangführung 3 durch die Strangführungsrollen 3a gestützt und geführt sowie durch die Kühldüsen 4a der Sekundärkühlung 4 weiter abgekühlt wird. Gemäß der durchgezogenen Linie von Fig 3a beträgt die Ausziehgeschwindigkeit zum Zeitpunkt von Fig 1c in etwa 0,2 m/min.
In Fig 1d ist der Zeitpunkt beim Stranggießen dargestellt, bei dem die Zufuhr von Stahlschmelze in die Kokille gerade gestoppt wurde. Die Ausziehgeschwindigkeit v entspricht der zweiten Ausziehgeschwindigkeit v₂ von 0,36 m/min. Diese Ausziehgeschwindigkeit des Strangs 1 wird bis zum Ende des Ausziehvorgangs beibehalten (siehe Fig 3a).
Nachdem die Zufuhr von Stahlschmelze gestoppt wurde, sinkt der Gießspiegel G in der Kokille 2 ab (siehe Fig 1e). Zu diesem Zeitpunkt weist der Strang 1 eine Stranglänge L von typischerweise 6 bis 12m auf. Der Durchmesser des Strangs 1 beträgt 600 mm.
Die Fig 1f zeigt die Situation nachdem das Strangende 1c die Strangführung 3 passiert hat und die Sekundärkühlung 4 abgeschaltet wurde. Der teilerstarrte Strang 1b befindet sich sodann in der Tertiärkühlzone 5 und wird dort langsam gesteuert oder geregelt abgekühlt.
In den Fig 1g und 1h ist das Abkühlen des teilerstarrten Strangs 1b in der Tertiärkühlzone 5 dargestellt, wobei der Zeitpunkt der Fig 1g vor dem Zeitpunkt der Fig 1h ist. Wie oben bereits angedeutet, kann der Maschinenkopf mehrere Tertiärkühlzonen 5 bedienen und z.B. in horizontaler Richtung zu einer weiteren Tertiärkühlzone 5 verfahren werden. Um die Erstarrung des Strangendes 1c weiter zu verzögern, kann anstelle der Sekundärkühlung 4 das Strangende 1c durch eine Kopfheizung 13 aufgeheizt werden. Die Kopfheizung 13 kann z.B. induktiv oder auch durch ein exothermes Pulver (das Verfahren wird als engl. "hot topping" bezeichnet) erfolgen, wobei das Pulver mit der flüssigen Stahlschmelze Wärmeenergie erzeugt. Da der teilerstarrte Strang 1b im Bereich der Sumpfspitze besonders anfällig dafür ist, Risse bzw. Hohlräume zu bilden, ist es vorteilhaft, wenn ein Strangrührer 14 insbesondere diesen Bereich elektromagnetisch rührt.
Die Fig 2a zeigt einen stranggegossenen teilerstarrten Strang 1b nach dem Stand der Technik. Das Strangende ist beinahe vollständig durcherstarrt, sodass etwaige Hohlräume oder Risse im Strang nicht mehr durch flüssige Schmelze 12 aufgefüllt werden können.
Im Gegensatz dazu zeigt Fig 2b einen erfindungsgemäßen Strang. Das Strangende 1c ist noch weitgehend flüssig, sodass etwaige Hohlräume oder Risse im Strang durch flüssige Schmelze 12 aufgefüllt werden können. Dadurch weist der Strang eine bessere Innenqualität auf.
Wie oben angeführt, zeigt die Fig 3a die Ausziehgeschwindigkeit v über der Zeit t. Aus dem Diagramm geht hervor, dass die Ausziehgeschwindigkeit v nicht notwendigerweise linear gesteigert werden muss, sondern bspw. auch unter- oder überlinear (siehe strichlierte Linien). Auch eine nicht dargestellte Steigerung in diskreten Stufen wäre denkbar und könnte sinnvoll sein.
Die Fig 3b zeigt ein weiteres Diagramm für die Ausziehgeschwindigkeit v, wobei v nicht von der Zeit t sondern von der Stranglänge s abhängt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Stranganfang 1a stärker gekühlt wird als das Strangende 1c, und zwar unabhängig von etwaigen Unterbrechungen im Gießprozess.
In beiden Fällen wird durch die Erhöhung der Ausziehgeschwindigkeit v nicht nur die Innenqualität des Strangs 1 erhöht, sondern auch die Wirtschaftlichkeit des Stranggießverfahrens verbessert, da mehr Stränge innerhalb derselben Zeit vergossen werden können.
Die Innenqualität des Strangs wird erfindungsgemäß durch eine Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung 4 in Abhängigkeit der Zeit oder der Stranglänge s (siehe Fig 1c) verbessert. In beiden Fällen bedeutet dies, dass der Stranganfang 1a stärker in der Sekundärkühlung 4 abgekühlt wird als das Strangende 1c. Diese Maßnahme erfolgt zusätzlich zur Steigerung der Ausziehgeschwindigkeit v des Kaltstrangs 6 aus der Kokille 2 oder auch anstelle davon.
Für den Fall, dass die Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung 4 zusätzlich zur Änderung der Ausziehgeschwindigkeit v erfolgt, ist die Beschreibung der Figuren 1a-1h weiterhin voll gültig. Zusätzlich dazu wird die Intensität der Sekundärkühlung in Abhängigkeit der Zeit t oder der Stranglänge s variiert. Die zeitabhängige Änderung der Intensität der Sekundärkühlung durch eine Änderung der Durchflussrate Q durch die Kühldüsen 4a der Sekundärkühlung 4 ist in Fig 4a dargestellt. Die Abnahme der Durchflussrate Q bzw. der Intensität der Sekundärkühlung 4 kann linear (durchgezogene Linie) aber auch unter- oder überlinear (siehe strichlierte Linien) erfolgen. Alternativ dazu kann die Intensität der Sekundärkühlung auch in Abhängigkeit der Stranglänge s variiert werden (siehe Fig 4b). In diesem Fall wird die Stranglänge s während des Gießens erfasst bzw. berechnet und die Intensität der Sekundärkühlung 4 gemäß der Kennlinie von Fig 4b eingestellt.
Für den Fall, dass die Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung 4 anstelle der Änderung der Ausziehgeschwindigkeit v erfolgt, ist die Beschreibung der Figuren 1a-1h so abzuändern, dass die Ausziehgeschwindigkeit v konstant bleibt. Der aus der Kokille 2 ausgezogene Strang 1 wird in der Sekundärkühlzone 4 entweder zeit- oder stranglängenabhängig mit variabler Intensität abgekühlt, sodass der Stranganfang 1a stärker abgekühlt wird als das Strangende 1c.
In Fig 5 ist schematisch die auf die unterschiedlichen Bereiche eines teilerstarrten Strangs 1b akkumulierten Kühlmittelmengen bei der zeit- oder stranglängenabhängigen Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung (siehe Fig 4a oder 4b) dargestellt. Eine hohe akkumulierte Kühlmittelmenge, wie am unteren Stranganfang 1a, wurde fein gerastert und eine niedrige akkumulierte Kühlmittelmenge, wie am oberen Strangende 1c, wurde grob gerastert dargestellt. Durch die zeit- oder stranglängenabhängige Änderung der Durchflussrate Q oder eine zeit- oder stranglängenabhängige Änderung des Drucks p des Kühlmittels wird die Intensität der Sekundärkühlung verändert, sodass der Stranganfang stärker als das Strangende abgekühlt wird.
In Fig 6 ist eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Innenqualität des Strangs gezeigt. In diesem Fall wird die Wärmeisolation 9 in der Tertiärkühlzone 5 in Abhängigkeit der Stranglänge L eingestellt, wobei ein Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation 9 in Gießrichtung G zunimmt. Mit anderen Worten, wird der Stranganfang 1a stärker in der Teritärkühlung 5 abgekühlt als das Strangende 1c. Diese Maßnahme kann entweder zusätzlich oder anstelle zur Steigerung der Ausziehgeschwindigkeit v des Kaltstrangs 6 aus der Kokille 2 erfolgen. Es wäre auch möglich, dass die Änderung der Wärmeisolation 9 in der Tertiärkühlzone 5 zusätzlich oder anstelle zur Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung 4 erfolgt. Die Änderung des Wärmedurchgangskoeffizientens U der Wärmeisolation 9 ist in Fig 6 durch eine variable Dicke der Isolation dargestellt.
In Fig 7a ist die stranglängenabhängige Änderung der Wärmeisolation 9 in der Tertiärkühlzone 5 durch Isolationspanele 9a dargestellt. Um den Stranganfang 1a stärker als das Strangende 1c abzukühlen, sind die schwenkbaren Klappen der Isolationspanele unterschiedlich eingestellt, wobei die oberen Klappen weitgehend geschlossen und die unteren Klappen weitgehend offen sind. Dadurch nimmt ein Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation 9 in Gießrichtung G zu. Die Änderung des Öffnungswinkels der Klappen kann entweder statisch voreingestellt oder auch dynamisch, z.B. über Schwenkantriebe zum Schwenken der Klappen, während der Abkühlung in der Tertiärkühlzone 5 erfolgen.
Die Fig 7b zeigt eine Alternativ zu Fig 7a, wobei der Abdeckungsgrad der Isolierklappen 9a des Strangs beim Strangende 1c höher ist als beim Stranganfang. Auch dadurch nimmt der Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation 9 in Gießrichtung G zu.
In Fig 8a ist eine nicht erfindungsgemäße Stranggießmaschine mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 10 zur Steuerung bzw. Regelung der Auszugsgeschwindigkeit v gezeigt. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 10 berechnet unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung 15 der Metallschmelze, der Primärkühlung 2a in der Kokille 2, der Sekundärkühlung 4 und der Stranglänge s das Temperaturfeld und die Sumpfspitze im gegossenen Strang 1 und stellt die Auszugsgeschwindigkeit des Motors 16 in Abhängigkeit der Sumpfspitze ein. Optional wäre es ebenfalls möglich, weitere Parameter wie die Stellung der Isolierpanele 9a in der Tertiärkühlzone zu berücksichtigen.
Die Fig 8b zeigt eine erfindungsgemäße Stranggießmaschine mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 10 zur Steuerung bzw. Regelung der Intensität der Sekundärkühlung 4 in Abhängigkeit der Stranglänge s. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 10 berechnet unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung 15 der Metallschmelze und der Primärkühlung 2a in der Kokille und der Stranglänge s das Temperaturfeld und die Sumpfspitze im gegossenen Strang 1 und stellt die Intensität der Sekundärkühlung 4 in Abhängigkeit der Sumpfspitze ein. Die Sumpfspitze wird in einem thermischen Rechenmodell in Echtzeit berechnet.
Die Fig 8c zeigt eine nicht erfindungsgemäße Stranggießmaschine mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 10 zur Steuerung bzw. Regelung eines Wärmedurchgangskoeffizientens U der Wärmeisolation 9 in der Tertiärkühlzone 5. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 10 berechnet unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung 15 der Metallschmelze und der Primärkühlung 2a in der Kokille das Temperaturfeld und die Sumpfspitze im gegossenen Strang 1 und stellt die Öffnungswinkel der Isolierpanele 9a in Abhängigkeit der Sumpfspitze ein. Die Sumpfspitze wird in einem thermischen Rechenmodell in Echtzeit berechnet.
In den Fig 9a bis 9e ist eine alternative Stranggießmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In Fig 9a wir ein Strang 1 in der Kokille 2 abgegossen und mit variabler Ausziehgeschwindigkeit v aus der Kokille ausgezogen. Der Strang 1 wird in der Strangführung 3 gestützt und geführt und durch die Sekundärkühlung abgekühlt. In Fig 9b wurde das Gießen in der Kokille beendet und der Strang 1 befindet sich in einem Strahlungsbereich 17, wo er über eine gewisse Zeit Wärme an die Umgebung abstrahlen kann. Auf dem Weg in die Tertiärkühlzone 5 passiert der Strang eine Rührspule 14 und wird durch diese elektromagnetisch gerührt, siehe Fig 9c. Sodann wird der Strang in die Tertiärkühlzone 5 eingebracht, wo er gesteuert oder geregelt durch die Wärmeisolation 9 abgekühlt wird. Da insbesondere das Strangende 1c besonders empfindlich ist, wird dieses nochmals durch einen Deckel besonders thermisch isoliert, siehe Fig 9d und 9e.
In Fig 10 ist schematisch eine Kopfisolierung 18 eines Strangs 1 gezeigt. Die Kopfisolierung weist eine Wärmeisolation 9 für das Strangende 1c des Strangs 1 auf, sodass das Strangende 1c länger flüssig bleibt. Zusätzlich zur Wärmeisolation 9 kann ein exothermes Pulver 19 auf das flüssige Strangende 1c aufgegeben werden, was den Strang 1 zusätzlich erwärmt.
In Fig 11 ist schematisch das Ergebnis der zeit- bzw. wegabhängigen Einstellung der Ausziehgeschwindigkeit v und/oder der zeit- bzw. wegabhängigen Einstellung der Intensität der Sekundärkühlung und/oder der Einstellung eines Wärmedurchgangskoeffizientens U der Wärmeisolation 9 dargestellt. Alle diese Maßnahmen haben den Effekt, dass die Erstarrung des teilerstarrten Strangs verlangsamt wird (siehe die strichlierte Linie die die Position der Sumpfspitze im Strang über der Zeit angibt). Im Gegensatz dazu gibt die durchgezogene Linie den Vergleich mit dem Stand der Technik an. Wie oben angeführt, führen diese Maßnahmen dazu, dass der erfindungsgemäße Strang eine ausgeprägte V-Form der Strangschale aufweist (siehe Fig 11 rechts) im Gegensatz zu Strängen nach dem Stand der Technik ohne ausgeprägter V-Form der Strangschale (siehe Fig 11 links).
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1: Strang
1a: Stranganfang
1b: teilerstarrter Strang
1c: Strangende
2: Kokille
2a: Primärkühlung
3: Strangführung
3a: Strangführungsrollen
4: Sekundärkühlung, Sekundärkühlzone
4a: Kühldüse
5: Tertiärkühlung, Tertiärkühlzone
6: Kaltstrang
7: Rechenmodell
8: Sumpfspitze
9: Wärmeisolation
9a: Isolationspanel
10: Steuer- oder Regeleinrichtung
11: Strangschale
12: flüssiger Bereich des Strangs
13: Kopfheizung
14: Strangrührer
15: chemische Zusammensetzung
16: Motor
17: Strahlungsbereich
18: Kopfisolierung
19: exothermes Pulver

G: Gießrichtung
L: Stranglänge
M: Gießspiegel
Q: Durchflussrate
S: Stranglänge
t: Zeit
U: Wärmedurchgangskoeffizient
v: Ausziehgeschwindigkeit, Gießgeschwindigkeit

Claims

Verfahren zum Stranggießen, vorzugsweise zum semi-kontinuierlichen Stranggießen, eines Strangs (1) in einer Stranggießmaschine, wobei die Stranggießmaschine eine Kokille (2) mit einer Primärkühlung (2a), in Gießrichtung (G) nachfolgend eine Strangführung (3) mit mehreren Strangführungsrollen (3a) zum Führen und einer Sekundärkühlung (4) zum Abkühlen des Strangs (1), und wiederum nachfolgend eine Tertiärkühlzone (5) zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des Strangs (1) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte:
- Einführen eines Kaltstrangs (6) in die Kokille (2);

- Halten des Kaltstrangs (6) in der Kokille (2), sodass ein Kopf des Kaltstrangs (6) die Kokille (2) fluiddicht verschließt;

- Angießen der Stranggießmaschine, wobei Metallschmelze in die Kokille (2) gegossen wird und sich in der Kokille (2) ein Gießspiegel (M) und ein teilerstarrter Strang (1b) ausbildet;

- Beginnen des Ausziehens des Kaltstrangs (6) aus der Kokille (2), wobei der Kaltstrang (6) aus der Kokille (2) ausgezogen wird;

- Stützen und Führen des teilerstarrten Strangs (1b) in der Strangführung (3), wobei der teilerstarrte Strang (1b) durch die Strangführungsrollen (3a) gestützt, geführt und durch Kühldüsen (4a) der Sekundärkühlung (4) abgekühlt wird;

- gesteuertes oder geregeltes Abkühlen des teilerstarrten Strangs (1b) bis zur Durcherstarrung des Strangs (1) in der Tertiärkühlzone (5);
dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Sekundärkühlung (4) über der Zeit t oder der Stranglänge s abnimmt, sodass ein Stranganfang (1a) intensiver abgekühlt wird als ein Strangende (1c).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisches Rechenmodell (7) während des Stranggießens in Abhängigkeit
- einer chem. Zusammensetzung (15) der Metallschmelze,

- der Primärkühlung (2a) in der Kokille (2),

- einer Auszugsgeschwindigkeit v des Strangs (1) aus der Kokille (2),
ständig das Ist-Temperaturfeld des Strangs (1) einschließlich der Ist-Phasengrenzen zwischen den festen, teigigen und flüssigen Phasen im Strang (1) berechnet, wobei die Intensität der Sekundärkühlung (4) in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze (8), eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Sekundärkühlung in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze (8), eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Strang (1) in der Tertiärkühlzone (5) durch eine Wärmeisolation (9) thermisch isoliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation (9) in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze (8), eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beginnen des Ausziehens der Kaltstrang (6) mit einer ersten Ausziehgeschwindigkeit v₁ aus der Kokille (2) ausgezogen wird und anschließend die Ausziehgeschwindigkeit v des Kaltstrangs (6) auf eine zweite Ausziehgeschwindigkeit v₂ erhöht wird, wobei gilt v₂ > v₁.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen der Ausziehgeschwindigkeit v in Abhängigkeit der Zeit t oder der Stranglänge s erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen der Ausziehgeschwindigkeit v stückweise stetig, bevorzugt zumindest einmal stetig differenzierbar, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (1) in der Tertiärkühlzone (5) durch eine Wärmeisolation (9) thermisch isoliert wird, wobei ein Wärmedurchgangskoeffizient U der Wärmeisolation (9) in Gießrichtung (G) zunimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stranggießmaschine einen in Gießrichtung verfahrbaren Strangrührer (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Strangrührer (14) während des Ausziehens und nach dem Beenden des Ausziehens des Kaltstrangs (6) aus der Kokille (2) den Bereich der Sumpfspitze (8) des Strangs (1) elektromagnetisch rührt.
Stranggießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stranggießmaschine
- eine Kokille (2) mit einer Primärkühlung (2a),

- in Gießrichtung (G) nachfolgend eine Strangführung (3) mit mehreren Strangführungsrollen (3a) zum Führen und Stützen des Strangs (1) sowie eine Sekundärkühlung (4) zum Abkühlen des Strangs (1), und

- wiederum nachfolgend eine Tertiärkühlzone (5) zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des Strangs (1) aufweist,
gekennzeichnet durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung (10) zur zeit- oder stranglängenabhängigen Steuerung oder Regelung der Intensität der Sekundärkühlung (4).
Stranggießmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (10) ein thermisches Rechenmodell (7) umfasst, das geeignet ist während des Stranggießens in Abhängigkeit
- einer chemischen Zusammensetzung (15) der Metallschmelze,

- einer Auszugsgeschwindigkeit (v) des Strangs (1) aus der Kokille (2),

- der Primärkühlung (2a) in der Kokille (2),
ständig das Ist-Temperaturfeld des Strangs (1) einschließlich der Ist-Phasengrenzen zwischen den festen, teigigen und flüssigen Phasen im Strang (1) zu berechnen, wobei die Intensität der Sekundärkühlung (4) in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze (8), eingestellt werden kann.
Stranggießmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auszugsgeschwindigkeit v des Strangs (1) aus der Kokille (2) und/oder ein Wärmedurchgangskoeffizient U einer Wärmeisolation (9) in der Tertiärkühlzone (5) in Abhängigkeit des Ist-Temperaturfelds und/oder der Ist-Phasengrenzen, insbesondere der Ist-Position der Sumpfspitze (8), eingestellt werden kann.