EP4101560A1 - Rühren bei gegossenen knüppeln oder vorblöcken mit oszillierendem strangrührer - Google Patents

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EP4101560A1
EP4101560A1 EP22173780.2A EP22173780A EP4101560A1 EP 4101560 A1 EP4101560 A1 EP 4101560A1 EP 22173780 A EP22173780 A EP 22173780A EP 4101560 A1 EP4101560 A1 EP 4101560A1
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EP
European Patent Office
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strand
steel strand
stirrer
during
reversal point
Prior art date
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Pending
Application number
EP22173780.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Wimmer
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
Primetals Technologies Austria GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B22D46/00—Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons

Definitions

  • the present invention is also based on a control program that has machine code that can be processed by a control device of a continuous casting machine for producing a billet or a bloom, the processing of the machine code by the control device causing the control device to activate a strand stirrer of a holding device in which a stationary steel strand that has an already solidified strand shell and a still liquid core gradually solidifies during a solidification time to form the billet or bloom, in such a way that the liquid core is stirred by the strand stirrer during the solidification time.
  • the present invention is also based on a control device of a continuous casting machine for producing a billet or a bloom, the control device being programmed with such a computer program so that, during operation, it has a strand stirrer of a holding device in which a strand shell that has already solidified and a strand shell that is still liquid Core-having stationary steel strand gradually solidifies during a solidification time to form the billet or the bloom, controlled in such a way that the liquid core is stirred by means of the strand stirrer during the solidification time.
  • strand stirrers In the case of continuous casting plants, there are usually several strand stirrers. For example, there is often a mold stirrer that stirs the still liquid melt in the continuous mold. Even after exiting the continuous mold, stirring often takes place at one point or at several points. Seen in the direction of casting, the last strand stirrer is usually arranged in the vicinity of the location of the continuous casting machine where the bottom tip of the cast steel strand forms. The strand stirrers are usually stationary, i.e. they cannot be moved or can only be moved slightly in the casting direction.
  • Strand stirrers are also often present in semi-continuous continuous casting installations, such as are typically used for casting blooms.
  • configurations are known for continuous casting plants in which only a single strand stirrer is present, which can be moved in the casting direction. This is also explained in the patent documents mentioned at the outset.
  • the object of the present invention is to create possibilities by means of which the center increases can be reduced more than in the prior art in a simple and reliable manner.
  • a manufacturing method of the type mentioned is designed in that the strand stirrer is moved during the solidification time with an oscillation stroke in a vertically oscillating manner along the steel strand between an upper and a lower reversal point.
  • the strand stirrer can function both as a typical strand stirrer in the narrower sense (i.e. a stirrer that stirs the steel strand in an area where the strand shell is still relatively thin) and as a final stirrer (i.e. a stirrer that stirs the steel strand in the area of the sump tip stirs) at the same time.
  • a single stirrer thus takes on functions that are usually implemented with two stirrers.
  • the upper reversal point is fixed.
  • the upper reversal point can be at a predetermined distance from the position of an upper edge of the completely cast steel strand, for example coincide with the upper edge of the completely cast steel strand or be up to approx. 30 cm below the upper edge or slightly above the upper edge.
  • the upper reversal point is preferably variable.
  • the position of the upper reversal point can be adapted in particular to the solidification behavior of the steel strand.
  • the upper reversal point can be determined as a function of an upper location or as a function of a lower location.
  • the top location in this case is that location along the cast steel strand in the fixture where the liquidus temperature prevails.
  • the bottom location is that location along the cast steel strand in the fixture where the solidus temperature prevails.
  • the upper reversal point first moves down during the solidification time—namely when the steel strand is inserted into the holding device—and then gradually up.
  • the top dead center may be determined to be a predetermined distance above the top location or a predetermined distance above the bottom location.
  • the temperature field of the steel strand during solidification is preferably calculated using a computer model comprising a two- or three-dimensional heat conduction equation. The calculation is preferably done in real time during the manufacture of the billet or bloom, i.e. online.
  • the lower reversal point is fixed in a simple embodiment.
  • the lower reversal point can have a predetermined distance from the position of a lower edge of the completely cast steel strand, for example coincide with the lower edge of the completely cast steel strand or be up to approx. 30 cm above the lower edge or be slightly below the lower edge.
  • the lower reversal point is also preferably variable in a completely analogous manner.
  • the position of the lower reversal point can also be adapted in particular to the solidification behavior of the steel strand.
  • the lower reversal point can be determined as a function of the upper location or as a function of the lower location.
  • the bottom reversal point may be determined to be a predetermined distance above or below the top location, or a predetermined distance above or below the bottom location.
  • the position of the upper and lower reversal point can be coordinated in particular in such a way that on the one hand the upper reversal point is at an upper edge of the fully cast steel strand or below and on the other hand, as long as the distance of the bottom dead center from the upper edge of the fully cast steel strand is at least as great as a fixed nominal lift, the top dead center is determined as a function of the bottom dead center in such a way that the oscillation lift is equal to the fixed nominal lift is. On the other hand, if and as long as the bottom dead center is less than the fixed nominal stroke away from the top edge, the top dead center is set equal to the top edge of the steel strand. The latter case can occur both during the introduction of the steel strand into the holding device and when the steel strand has been completely introduced into the holding device.
  • the efficiency of stirring is optimized by matching the upper and lower reversal points accordingly.
  • the upper location and/or the lower location can be determined as required.
  • the top location and/or the bottom location may be determined as a function of time from the start of pouring or from the end of pouring. This approach is relatively easy to implement.
  • the strand stirrer is designed as an electromagnetic stirring coil that is fed with at least one alternating current.
  • the at least one alternating current is preferably varied during the oscillation of the strand stirrer as a function of the current position of the strand stirrer.
  • Current strengths, frequencies, phase angles and other variables characterizing the at least one alternating current can be varied as required.
  • the processing of the machine code by the control device causes the control device to control the strand stirrer in such a way that during the solidification time the strand stirrer is also moved vertically oscillating along the steel strand between an upper and a lower reversal point with an oscillation stroke.
  • the processing of the machine code by the control device preferably even has the effect that the control device implements at least one of the advantageous operating modes of the strand stirrer explained above in connection with the production method.
  • control device having the features of claim 14.
  • the control device is programmed with a control program according to the invention, so that the control device controls the strand stirrer as explained above.
  • control device is designed as a control device according to the invention in a continuous casting machine of the type mentioned, so that the strand stirrer is moved during the solidification time with an oscillating stroke between an upper and a lower reversal point.
  • Liquid steel 1 is poured from above into a continuous mold 2 of a continuous casting machine and a steel strand 3 is drawn from the continuous mold 2 below.
  • the steel strand 3 often has a large cross section, for example in the case of a circular cross section a diameter of 600 mm and more, sometimes up to over 1000 mm. Due to the relatively low solidification rate, the steel strand 3 - see in particular FIG 7 - An already solidified strand shell 4 and a still liquid core 5. In this state--that is, with the strand shell 4 already solidified and the core 5 still liquid--the steel strand 3 is introduced from above into a holding device 6 of the continuous casting machine.
  • the holding device 6 is in the prior Technology often referred to as tertiary cooling.
  • the holding device 6 is arranged below the continuous mold 2 .
  • the introduction of the steel strand 3 into the holding device 6 thus takes place without a change in direction compared to the withdrawal from the continuous mold 2 .
  • the 1 to 5 show different phases of the casting process.
  • a strand head 7 of a dummy strand is still in the continuous mold 2 and seals it on its underside.
  • the strand head 7 has just passed a secondary cooling zone of the continuous casting machine.
  • the steel strand 3 is drawn off from the continuous mold 2 and supported, for example by means of strand guide rollers.
  • the steel strand 3 is lowered by a "ram" supporting the strand head 7 without strand guide rollers pulling out the strand.
  • the steel strand 3 is cooled in the secondary cooling zone by means of cooling nozzles.
  • the strand head 7 is in the representation of FIG 2 just entered the holding device 6.
  • the steel strand 3 is further drawn out of the continuous mold 2.
  • the strand head 7 has reached the bottom of the holding device 6, so that the steel strand 3 remains stationary in the holding device 6.
  • An upper edge 8 of the steel strand 3 is usually flush or nearly flush with an upper edge of the holding device 6 .
  • FIG. 6 shows in a solid line the location of the sump top as a function of time t.
  • an upper location O1 (see Fig 10 ) where the liquidus temperature TL prevails in the center of the steel strand 3.
  • a lower site O2 (see also 10 ) where the solidus temperature TS prevails in the center of the steel strand 3.
  • the casting of the steel strand 3 is started.
  • a base point of the steel strand 3 is therefore still above the holding device 6.
  • the sump tip forms straight.
  • the base point of the steel strand 3 migrates downwards in accordance with the withdrawal of the steel strand 3 from the continuous mold 2 .
  • the sump tip is a little above the base of steel strand 3.
  • the feeding of the liquid steel 1 to the continuous mold 2 is terminated.
  • the base of the steel strand 3 moves further down, ie has not yet reached its lowest point.
  • the top of the swamp has moved up a little bit relative to the base.
  • the strand head 7 and thus also the base of the steel strand 3 has reached its lowest point.
  • the top of the swamp has moved up a little bit relative to the base.
  • the sump tip gradually migrates upwards until it reaches the upper edge 8 of the steel strand 3 at a point in time t4. Only at time t4 has the steel strand 3 solidified into the billet or the bloom.
  • the steel strand 3 remains in the holding device 6 at least up to time t4 (usually even beyond that).
  • the thickness of the strand shell 4 gradually increases over the entire length of the steel strand 3, so that the sump tip moves upwards.
  • the period of time between the times t1 and t4 or between the times t3 and t4, i.e. after the presence of a stationary steel strand 3, can be regarded as the solidification time.
  • the solidification time is generally in the range of a number of hours, for example between 5 hours and 15 hours, usually 10 hours and more.
  • the time span between times t1 and t2 or between times t1 and t3 can be regarded as the pouring time, as required.
  • the pouring time is considerably shorter than the solidification time.
  • the casting time is a maximum of 3 hours, often in the range of approx. 1 hour.
  • the steel strand 3 Even while the steel strand 3 is in the holding device 6 , the steel strand 3 still has the strand shell 4 and the liquid core 5 .
  • the 7 to 9 each show a cross section through the steel strand 3 immediately after it has been completely inserted into the holding device 6.
  • FIG 7 shows a cross section in the upper area of the steel strand 3, 8 a cross-section in the central area of the steel strand 3.
  • 9 shows a cross section in the area of the sump tip of the steel strand 3.
  • the liquid core 5 of the steel strand 3 is stirred by means of a strand stirrer 9 of the holding device 6 .
  • the strand stirrer 9 is only in 8 shown.
  • the strand stirrer 9 is, as in 8 is indicated by a double arrow, can be moved by means of a drive 10 in a vertically oscillating manner along the steel strand 3 .
  • the drive 10 can be designed as a hydraulic cylinder. However, other configurations are also possible, in particular as an electric drive.
  • the strand stirrer 9 is in accordance with 10 controlled by a control device 11 of the continuous casting machine. If necessary, other components of the continuous casting machine can also be controlled by the control device 11, for example the feeding of the liquid steel 1 into the continuous mold 2, the withdrawal of the steel strand 3 from the continuous mold 2 and the associated insertion into the holding device 6 as well as various cooling systems, for example the continuous mold 2 and the steel strand 3 in the secondary cooling zone and the holding device 6.
  • the control device 11 is programmed with a control program 12.
  • the control program 12 includes machine code 13 which can be processed by the control device 11 . The processing of the machine code 13 by the control device 11 causes the control device 11 to control the strand stirrer 9 in a manner that is explained in more detail below.
  • the liquid core 5 is stirred by means of the strand stirrer 9 during the solidification time.
  • the stirring coil according to FIG 9 fed with at least one alternating current I.
  • the further configuration can be as required.
  • Advantageous configurations of a stirring coil, by means of which the liquid core 5 can be stirred in different ways, are for example in WO 2017/162 418 A1 explained in more detail.
  • the precise manner in which the liquid core 5 is stirred is of secondary importance within the scope of the present invention. The only decisive factor is that the precise effect on the liquid core 5 is determined by the alternating current I (for example its current strength, its frequency and, in the case of several phases of the alternating current I, by phase relationships between the phases).
  • the strand stirrer 9 is moved during the solidification time with an oscillation stroke h oscillating between an upper reversal point P1 and a lower reversal point P2.
  • the drive 10 a position value p is specified.
  • the position value p is time-dependent according to the desired oscillation.
  • both the upper reversal point P1 and the lower reversal point P2 are fixed.
  • the frequency of the oscillation can also be constant. However, it can also be varied over time.
  • the oscillation can be sinusoidal or non-sinusoidal as required.
  • a non-sinusoidal movement can exist, for example, if the oscillation stroke h and/or the oscillation frequency is relatively large (in particular the product exceeds a limit value), so that the strand stirrer 9 with a sinusoidal movement in the central area between the upper and lower reversal points P1, P2 would have to be moved at a speed that can no longer be reached by the drive 10.
  • the at least one alternating current I can also be varied while the strand stirrer 9 is oscillating as a function of the current position p of the strand stirrer 9 .
  • the upper reversal point P1 can in particular have a predetermined distance a1 from the position of the upper edge 8 of the completely cast steel strand 3 .
  • the distance a1 is usually in the range of less than 100 cm.
  • the distance a1 can be positive or negative as required.
  • the lower reversal point P2 can have a predetermined distance a2, in particular from the position of a lower edge of the completely cast steel strand 3.
  • the distance a2 is usually also in the range of less than 100 cm.
  • the distance a2 can also be positive or negative as required.
  • the position of the lower edge of the completely cast steel strand 3 corresponds to the location of the strand head 7 .
  • the upper reversal point P1 is fixed. With regard to the exact position of the upper turning point P1, the statements on 11 applicable in an analogous way.
  • the lower reversal point P2, on the other hand, is variable.
  • the lower turning point P2 at 12 determined depending on the upper location O1.
  • the lower reversal point P2 can be determined in such a way that it coincides with the upper location O1 or is a predetermined distance up or down from the upper location O1.
  • the bottom reversal point P2 can be determined as a function of the bottom location O2.
  • the bottom reversal point P2 is usually determined in such a way that it lies above the bottom location O2 and is at a predetermined distance from the bottom location O2. Due to the fact that the upper reversal point P1 is fixed, but the lower reversal point P2 is variable, there is an oscillation with a time-varying oscillation stroke h.
  • the statements to 11 on the frequency of the oscillation and the form of the oscillation as well as the possible variation of the alternating current I also apply to 12 .
  • the control device 11 implements according to FIG 10 preferably a thermodynamic model 14 of the steel strand 3.
  • the temperature and solidification behavior of the steel strand 3 is modeled online by the control device 11 on the basis of a heat conduction equation and a phase transformation equation.
  • At least the heat conduction equation is a differential equation. This often applies to the phase change equation as well.
  • the heat conduction equation and the phase change equation are coupled and are solved iteratively.
  • the model 14 is two-dimensional or three-dimensional. Corresponding models are generally known to those skilled in the art.
  • both the upper reversal point P1 and the lower reversal point P2 are variable.
  • the lower turning point P2 at 13 - as well as at 12 - determined depending on the upper location O1.
  • the bottom reversal point P2 can be determined as a function of the bottom location O2.
  • the relevant remarks 12 are applicable in an analogous manner.
  • a completely analogous procedure can be taken for the upper reversal point P1. The determination only has to be made in such a way that the upper reversal point P1 is above the lower reversal point P2.
  • the statements to 11 on the frequency of the oscillation and the form of the oscillation as well as the possible variation of the alternating current I also apply to 13 .
  • the upper reversal point P1 is set equal to the upper edge 8 of the steel strand 3 .
  • this state occurs briefly between times t1 and t2, while the steel strand 3 is being introduced into the holding device 6.
  • this state occurs shortly before time t4. Therefore, during these two periods, the oscillation amplitude h is smaller than the nominal amplitude hN.
  • both the upper reversal point P1 and the lower reversal point P2 are variable.
  • the lower reversal point P2 as such and also the upper reversal point P1 as such are in 14 although not marked. Instead, however, the position p of the strand stirrer 9 is shown as a function of time t.
  • the lower reversal point P2 remains at an upper level N1 until the steel strand 3 has been introduced into the holding device 6 to a significant extent. Thereafter, the bottom dead center P2 is gradually lowered until it reaches a lower level N2. In particular, he can follow the introduction of the steel strand 3 into the holding device 6 during the lowering. After that, the lower reversal point P2 remains at the lower level N2 for some time. During a short period of time, the bottom dead center P2 is lowered below the lower level N2 and then gradually raised to the upper level N1.
  • the upper level N1 is preferably reached at time t4.
  • the strand stirrer 9 preferably always oscillates with the nominal stroke nH.
  • the present invention has many advantages.
  • one and the same strand stirrer 9 can stir the liquid core 5 over the entire length I or at least over almost the entire length I of the steel strand 3 . Nevertheless, a very high quality of the steel strand 3 can be achieved, particularly in its interior.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Flüssiger Stahl (1) wird von oben in eine Durchlaufkokille (2) gegossen. Unten wird ein Stahlstrang (3) mit einer bereits erstarrten Strangschale (4) und einem noch flüssigen Kern (5) aus der Durchlaufkokille (2) abgezogen. Der Stahlstrang (3) wird ohne Richtungsänderung von oben in eine Halteeinrichtung (6) eingeführt, in welcher der Stahlstrang (3) während einer Erstarrungszeit verbleibt. In der Erstarrungszeit erstarrt der Stahlstrang (3) nach und nach zu einem Knüppel oder einem Vorblock. Während der Erstarrungszeit wird der flüssige Kern (5) mittels eines Strangrührers (9) gerührt. Weiterhin wird der Strangrührer (9) während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub (h) vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs (3) zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt (P1, P2) verfahren.

Description

    Bezeichnung der Erfindung
  • Rühren bei gegossenen Knüppeln oder Vorblöcken mit oszillierendem Strangrührer
    • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Herstellungsverfahren für einen Knüppel oder einen Vorblock,
    • wobei flüssiger Stahl von oben in eine Durchlaufkokille gegossen wird, unten ein Stahlstrang mit einer bereits erstarrten Strangschale und einem noch flüssigen Kern aus der Durchlaufkokille abgezogen wird und der Stahlstrang mit der bereits erstarrten Strangschale und dem noch flüssigen Kern ohne Richtungsänderung von oben in eine Halteeinrichtung eingeführt wird, in welcher der Stahlstrang während einer Erstarrungszeit, in welcher der Stahlstrang nach und nach erstarrt, verbleibt,
    • wobei der flüssige Kern des stationären Stahlstrangs während der Erstarrungszeit mittels eines Strangrührers gerührt wird.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Steuereinrichtung einer Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung einen Strangrührer einer Halteeinrichtung, in welcher ein eine bereits erstarrte Strangschale und einen noch flüssigen Kern aufweisender stationärer Stahlstrang während einer Erstarrungszeit nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, derart ansteuert, dass während der Erstarrungszeit der flüssige Kern mittels des Strangrührers gerührt wird.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung einer Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass sie im Betrieb einen Strangrührer einer Halteeinrichtung, in welcher ein eine bereits erstarrte Strangschale und einen noch flüssigen Kern aufweisender stationärer Stahlstrang während einer Erstarrungszeit nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, derart ansteuert, dass während der Erstarrungszeit der flüssige Kern mittels des Strangrührers gerührt wird.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks,
    • wobei die Stranggießmaschine eine Durchlaufkokille aufweist, in die von oben flüssiger Stahl gegossen wird und aus der unten ein Stahlstrang mit einer bereits erstarrten Strangschale und einem noch flüssigen Kern abgezogen wird,
    • wobei die Stranggießmaschine unterhalb der Durchlaufkokille eine Halteeinrichtung aufweist, in welche der Stahlstrang mit der bereits erstarrten Strangschale und dem noch flüssigen Kern ohne Richtungsänderung von oben eingeführt wird und in welcher der Stahlstrang während einer Erstarrungszeit, in welcher der Stahlstrang nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, verbleibt,
    • wobei die Halteeinrichtung einen vertikal entlang des Stahlstrangs verfahrbaren Strangrührer aufweist, mittels dessen der flüssige Kern des stationären Stahlstrangs während der Erstarrungszeit gerührt wird,
    • wobei die Stranggießmaschine eine Steuereinrichtung aufweist, von der zumindest der Strangrührer gesteuert wird.
    Stand der Technik
  • Derartige Herstellungsverfahren sind allgemein bekannt. Rein beispielhaft kann auf die WO 2015/079 071 A2 , auf die WO 2018 192 903 A1 und auf die EP 3 251 773 B1 verwiesen werden. In diesen Schriften sind Herstellungsverfahren der oben genannten Art detailliert erläutert.
  • Stranggießmaschinen mit Strangrührern sind allgemein bekannt. Mittels der Strangrührer wird die Innenqualität des gegossenen Stranges verbessert. Insbesondere können Zentrumsseigerungen verringert werden.
  • Bei kontinuierlich arbeitenden Stranggießanlagen sind meist mehrere Strangrührer vorhanden. So ist beispielsweise oftmals ein Kokillenrührer vorhanden, der die noch flüssige Schmelze bereits in der Durchlaufkokille rührt. Auch nach dem Austreten aus der Durchlaufkokille erfolgt oftmals an einer Stelle oder an mehreren Stellen ein Rühren. In Gießrichtung gesehen ist der letzte Strangrührer meist in der Nähe des Ortes der Stranggießmaschine angeordnet, an der sich die Sumpfspitze des gegossenen Stahlstranges ausbildet. Die Strangrührer sind meist ortsfest angeordnet, d.h. in Gießrichtung gesehen nicht verfahrbar oder nur geringfügig verfahrbar.
  • Auch bei semi-kontinuierlich arbeitenden Stranggießanlagen, wie sie typischerweise zum Gießen von Vorblöcken verwendet werden, sind oftmals Strangrührer vorhanden. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Stranggießanlagen sind jedoch Ausgestaltungen bekannt, bei denen nur ein einzelner Strangrührer vorhanden ist, der in Gießrichtung verfahrbar ist. Dies ist auch in den eingangs genannten Patentdokumenten so erläutert.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Trotz der Verwendung von Strangrührern auch bei semi-kontinuierlich arbeitenden Stranggießanlagen treten bei den hiermit gegossenen Knüppeln oder Vorblöcken noch Zentrumsseigerungen auf.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Zentrumsseigerungen auf einfache und zuverlässige Weise stärker als im Stand der Technik verringert werden können.
  • Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
  • Erfindungsgemäß wird ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass der Strangrührer während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt verfahren wird.
  • Durch diese Oszillation kann mittels eines einzigen Strangrührers über die gesamte Länge des gegossenen Stahlstrangs eine effiziente Vermeidung von Zentrumsseigerungen erfolgen. Der Strangrührer kann hierbei sowohl die Funktion eines typischen Strangrührers im engeren Sinne (d.h. eines Rührers, der den Stahlstrang in einem Bereich rührt, in dem die Strangschale noch relativ dünn ist) als auch eines Finalrührers (d.h. eines Rührers, der den Stahlstrang im Bereich der Sumpfspitze rührt) gleichzeitig realisieren. Ein einzelner Rührer übernimmt somit Funktionen, die üblicherweise mit zwei Rührern realisiert werden.
  • In einer einfachen Ausgestaltung ist der obere Umkehrpunkt fix. Insbesondere kann der obere Umkehrpunkt von der Lage einer Oberkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs einen vorbestimmten Abstand aufweisen, beispielsweise mit der Oberkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs übereinstimmen oder bis zu ca. 30 cm unter der Oberkante liegen oder geringfügig über der Oberkante liegen.
  • Vorzugsweise ist der obere Umkehrpunkt jedoch variabel. In diesem Fall kann die Lage des oberen Umkehrpunktes insbesondere an das Erstarrungsverhalten des Stahlstrangs angepasst werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der obere Umkehrpunkt in Abhängigkeit von einem oberen Ort oder in Abhängigkeit von einem unteren Ort bestimmt werden. Der obere Ort ist in diesem Fall derjenige Ort entlang des gegossenen Stahlstrangs in der Haltevorrichtung, an dem die Liquidus-Temperatur herrscht. In analoger Weise ist der untere Ort derjenige Ort entlang des gegossenen Stahlstrangs in der Haltevorrichtung, an dem die Solidus-Temperatur herrscht. Bei dieser Vorgehensweise wandert der obere Umkehrpunkt während der Erstarrungszeit zunächst - nämlich beim Einführen des Stahlstrangs in die Halteeinrichtung - nach unten und sodann allmählich nach oben. Der obere Umkehrpunkt kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass er um eine vorbestimmte Distanz oberhalb des oberen Ortes oder um eine vorbestimmte Distanz oberhalb des unteren Ortes angeordnet ist.
  • Das Temperaturfeld des Stahlstrangs während des Erstarrens wird vorzugsweise durch ein Rechenmodell, umfassend eine zwei- oder dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung, berechnet. Die Berechnung erfolgt vorzugsweise in Echtzeit während der Herstellung des Knüppels oder des Vorblocks, d.h. online.
  • In völlig analoger Weise ist in einer einfachen Ausgestaltung der untere Umkehrpunkt fix. Insbesondere kann der untere Umkehrpunkt von der Lage einer Unterkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs einen vorbestimmten Abstand aufweisen, beispielsweise mit der Unterkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs übereinstimmen oder bis zu ca. 30 cm über der Unterkante liegen oder geringfügig unter der Unterkante liegen.
  • Ebenso in völlig analoger Weise ist vorzugsweise auch der untere Umkehrpunkt variabel. In diesem Fall kann auch die Lage des unteren Umkehrpunktes insbesondere an das Erstarrungsverhalten des Stahlstrangs angepasst werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der untere Umkehrpunkt in Abhängigkeit von dem oberen Ort oder in Abhängigkeit von dem unteren Ort bestimmt werden. Bei dieser Vorgehensweise wandert - wieder völlig analog zum oberen Umkehrpunkt - der untere Umkehrpunkt während der Erstarrungszeit zunächst nach unten und sodann allmählich nach oben. Der untere Umkehrpunkt kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass er um eine vorbestimmte Distanz oberhalb oder unterhalb des oberen Ortes oder um eine vorbestimmte Distanz oberhalb oder unterhalb des unteren Ortes angeordnet ist.
  • Die Lage des oberen und des unteren Umkehrpunktes können insbesondere derart aufeinander abgestimmt sein, dass einerseits der obere Umkehrpunkt bei einer Oberkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs oder darunter liegt und andererseits, solange der Abstand des unteren Umkehrpunkts von der Oberkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs mindestens so groß wie ein fester Nennhub ist, der obere Umkehrpunkt in Abhängigkeit vom unteren Umkehrpunkt derart bestimmt wird, dass der Oszillationshub gleich dem festen Nennhub ist. Wenn und solange der untere Umkehrpunkt hingegen um weniger als den festen Nennhub von der Oberkante beabstandet ist, wird der obere Umkehrpunkt gleich der Oberkante des Stahlstrangs gesetzt. Der letztgenannte Fall kann sowohl während des Einführens des Stahlstrangs in die Halteeinrichtung als auch bei vollständig in die Halteeinrichtung eingeführtem Stahlstrang auftreten. Durch die entsprechende Abstimmung des oberen und des unteren Umkehrpunktes aufeinander wird die Effizienz beim Rühren optimiert.
  • Der obere Ort und/oder der untere Ort können nach Bedarf bestimmt werden. Beispielsweise können der obere Ort und/oder der untere Ort als Funktionen der Zeit ab Gießbeginn oder ab Gießende bestimmt sein. Diese Vorgehensweise ist relativ einfach zu implementieren. Bevorzugt ist jedoch, dass der obere Ort und/oder der untere Ort mittels eines thermodynamischen Modells des Stahlstrangs ermittelt werden. Dadurch erfolgt eine verbesserte Bestimmung des oberen Ortes und/oder des unteren Ortes.
  • In aller Regel ist der Strangrührer als elektromagnetische Rührspule ausgebildet, die mit mindestens einem Wechselstrom gespeist wird. Vorzugsweise wird der mindestens eine Wechselstrom während des Oszillierens des Strangrührers in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Strangrührers variiert. Es können nach Bedarf Stromstärken, Frequenzen, Phasenlagen und andere den mindestens einen Wechselstrom charakterisierende Größen variiert werden.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung den Strangrührer derart ansteuert, dass während der Erstarrungszeit zusätzlich der Strangrührer mit einem Oszillationshub vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt verfahren wird.
  • Vorzugsweise bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung sogar, dass die Steuereinrichtung mindestens eine der vorstehend in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren erläuterten vorteilhaften Betriebsweisen des Strangrührers realisiert.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung den Strangrührer so wie obenstehend erläutert ansteuert.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Stranggießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Erfindungsgemäß ist bei einer Stranggießmaschine der eingangs genannten Art die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet, so dass der Strangrührer während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub oszillierend zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt verfahren wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1 bis 5
    verschiedene Zustände während des Gießens eines Stahlstrangs,
    FIG 6
    ein Zeitdiagramm,
    FIG 7 bis 9
    Längsschnitte durch verschiedene Abschnitte eines gegossenen Stahlstrangs,
    FIG 10
    ein Blockschaltbild und
    FIG 11 bis 14
    Zeitdiagramme.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Um einen Knüppel oder Vorblock (engl. bloom oder billet) herzustellen, wird gemäß den FIG 1 bis 5 flüssiger Stahl 1 von oben in eine Durchlaufkokille 2 einer Stranggießmaschine gegossen und unten ein Stahlstrang 3 aus der Durchlaufkokille 2 abgezogen. Der Stahlstrang 3 weist oftmals einen großen Querschnitt auf, beispielsweise im Falle eines kreisförmigen Querschnitts einen Durchmesser von 600 mm und mehr, teilweise bis zu über 1000 mm. Aufgrund der relativ geringen Erstarrungsgeschwindigkeit weist der Stahlstrang 3 - siehe insbesondere FIG 7 - eine bereits erstarrte Strangschale 4 und einen noch flüssigen Kern 5 auf. In diesem Zustand - also mit der bereits erstarrten Strangschale 4 und dem noch flüssigen Kern 5 - wird der Stahlstrang 3 von oben in eine Halteeinrichtung 6 der Stranggießmaschine eingeführt. Die Halteeinrichtung 6 wird im Stand der Technik oftmals als Tertiärkühlung bezeichnet. Die Halteeinrichtung 6 ist unterhalb der Durchlaufkokille 2 angeordnet. Das Einführen des Stahlstrangs 3 in die Halteeinrichtung 6 erfolgt damit gegenüber dem Ausziehen aus der Durchlaufkokille 2 ohne Richtungsänderung.
  • Die FIG 1 bis 5 zeigen verschiedene Phasen des Gießprozesses.
  • In der Darstellung von FIG 1 hat das Gießen gerade begonnen. Ein Strangkopf 7 eines Kaltstranges befindet sich noch in der Durchlaufkokille 2 und dichtet diese an ihrer Unterseite ab. In der Darstellung von FIG 2 hat der Strangkopf 7 eine Sekundärkühlzone der Stranggießmaschine gerade passiert. In der Sekundärkühlzone wird der Stahlstrang 3, z.B. mittels Strangführungsrollen aus der Durchlaufkokille 2 abgezogen und gestützt. Vorzugsweise wird der Stahlstrang 3 jedoch durch einen den Strangkopf 7 stützenden "Stempel" abgesenkt, ohne dass Strangführungsrollen den Strang ausziehen. Weiterhin wird der Stahlstrang 3 in der Sekundärkühlzone mittels Kühldüsen gekühlt. Der Strangkopf 7 ist bei der Darstellung von FIG 2 gerade in die Halteeinrichtung 6 eingetreten.
  • In der Darstellung von FIG 3 ist das Zuführen des flüssigen Stahls 1 in die Kokille 2 soeben beendet worden. Der Strangkopf 7 befindet sich zu diesem Zeitpunkt zwar in der Halteeinrichtung 6, hat aber noch nicht deren Boden erreicht. Der Stahlstrang 3 selbst hat hingegen nunmehr seine vollständige Länge erreicht. Sie liegt in der Regel im Bereich zwischen 10 m und 20 m.
  • In der Darstellung von FIG 4 wird der Stahlstrang 3 weiter aus der Durchlaufkokille 2 ausgezogen. In der Darstellung von FIG 5 hat der Strangkopf 7 den Boden der Halteeinrichtung 6 erreicht, sodass der Stahlstrang 3 stationär in der Halteeinrichtung 6 verbleibt. Eine Oberkante 8 des Stahlstrangs 3 schließt in der Regel bündig oder nahezu bündig mit einer Oberkante der Halteeinrichtung 6 ab.
  • Bezüglich der weiteren Details beim Gießen des Stahlstrangs 3 wird auf den Stand der Technik verwiesen, beispielsweise auf die bereits erwähnte EP 3 251 773 B1 .
  • FIG 6 zeigt in einer durchgezogenen Linie den Ort der Sumpfspitze als Funktion der Zeit t. Als Sumpfspitze kann beispielsweise ein oberer Ort O1 (siehe FIG 10) angesehen werden, an dem im Zentrum des Stahlstrangs 3 die Liquidus-Temperatur TL herrscht. Alternativ kann als Sumpfspitze ein unterer Ort O2 (siehe ebenfalls FIG 10) angesehen werden, an dem im Zentrum des Stahlstrangs 3 die Solidus-Temperatur TS herrscht.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 (vergleiche die in FIG 1 dargestellte Phase des Gießprozesses) wird mit dem Gießen des Stahlstrangs 3 begonnen. Ein Fußpunkt des Stahlstrangs 3 befindet sich daher noch oberhalb der Haltevorrichtung 6. Die Sumpfspitze bildet sich gerade aus. Im weiteren Verlauf wandert der Fußpunkt des Stahlstrangs 3 entsprechend dem Ausziehen des Stahlstrangs 3 aus der Durchlaufkokille 2 nach unten. Die Sumpfspitze liegt ein Stück oberhalb des Fußpunktes des Stahlstrangs 3. Zu einem Zeitpunkt t2 (vergleiche die in FIG 3 dargestellte Phase des Gießprozesses) wird das Zuführen des flüssigen Stahls 1 zur Durchlaufkokille 2 beendet. Zum Zeitpunkt t2 wandert der Fußpunkt des Stahlstrangs 3 weiter nach unten, hat also noch nicht seine tiefste Stelle erreicht. Die Sumpfspitze ist relativ zum Fußpunkt in der Zwischenzeit ein kleines Stück nach oben gewandert. Zu einem Zeitpunkt t3 (vergleiche die in FIG 5 dargestellte Phase des Gießprozesses) hat der Strangkopf 7 und damit auch der Fußpunkt des Stahlstrangs 3 seine tiefste Stelle erreicht. Die Sumpfspitze ist relativ zum Fußpunkt in der Zwischenzeit wieder ein kleines Stück nach oben gewandert. Sie befindet sich aber tief in der Halteeinrichtung 6. Im weiteren Verlauf wandert die Sumpfspitze allmählich nach oben, bis sie zu einem Zeitpunkt t4 die Oberkante 8 des Stahlstrangs 3 erreicht. Erst zum Zeitpunkt t4 ist der Stahlstrang 3 zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt. Mindestens bis zum Zeitpunkt t4 (in der Regel sogar darüber hinaus) verbleibt der Stahlstrang 3 in der Halteeinrichtung 6. Über die gesamte Länge des Stahlstrangs 3 nimmt die Dicke der Strangschale 4 jedoch allmählich zu, so dass die Sumpfspitze nach oben wandert.
  • Als Erstarrungszeit kann nach Bedarf die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t1 und t4 oder zwischen den Zeitpunkten t3 und t4, d.h. ab dem Vorliegen eines stationären Stahlstrangs 3, angesehen werden. Unabhängig davon, ob die eine oder die andere Festlegung getroffen wird, liegt die Erstarrungszeit in der Regel im Bereich etlicher Stunden, beispielsweise zwischen 5 Stunden und 15 Stunden, meist bei 10 Stunden und mehr. Als Gießzeit kann nach Bedarf die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 oder zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 angesehen werden. Unabhängig davon, ob die eine oder die andere Festlegung getroffen wird, ist die Gießzeit erheblich kürzer als die Erstarrungszeit. In der Regel liegt die Gießzeit bei maximal 3 Stunden, oftmals im Bereich von ca. 1 Stunde.
  • Auch während der Stahlstrang 3 sich in der Haltevorrichtung 6 befindet, weist der Stahlstrang 3 somit noch die Strangschale 4 und den flüssigen Kern 5 auf. Die FIG 7 bis 9 zeigen jeweils einen Querschnitt durch den Stahlstrang 3 unmittelbar nach dem vollständigen Einführen in die Halteeinrichtung 6. FIG 7 zeigt einen Querschnitt im oberen Bereich des Stahlstrangs 3, FIG 8 einen Querschnitt im mittleren Bereich des Stahlstrangs 3. FIG 9 zeigt einen Querschnitt im Bereich der Sumpfspitze des Stahlstrangs 3.
  • Während der Erstarrungszeit wird der flüssige Kern 5 des Stahlstrangs 3 mittels eines Strangrührers 9 der Halteeinrichtung 6 gerührt. Der Strangrührer 9 ist nur in FIG 8 dargestellt. Der Strangrührer 9 ist, wie in FIG 8 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, mittels eines Antriebs 10 vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs 3 verfahrbar. Der Antrieb 10 kann als Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, insbesondere als elektrischer Antrieb.
  • Der Strangrührer 9 wird gemäß FIG 10 von einer Steuereinrichtung 11 der Stranggießmaschine gesteuert. Gegebenenfalls können von der Steuereinrichtung 11 auch weitere Komponenten der Stranggießmaschine gesteuert werden, beispielsweise die Zuführung des flüssigen Stahls 1 in die Durchlaufkokille 2, das Abziehen des Stahlstrangs 3 aus der Durchlaufkokille 2 und dass hiermit gekoppelte Einführen in die Halteeinrichtung 6 sowie verschiedene Kühlungen beispielsweise der Durchlaufkokille 2 sowie des Stahlstrangs 3 in der Sekundärkühlzone und der Halteeinrichtung 6. Die Steuereinrichtung 11 ist mit einem Steuerprogramm 12 programmiert. Das Steuerprogramm 12 umfasst Maschinencode 13, der von der Steuereinrichtung 11 abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 13 durch die Steuereinrichtung 11 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 11 den Strangrührer 9 auf eine Art und Weise ansteuert, die nachfolgend näher erläutert wird.
  • Zum einen wird der flüssige Kern 5 mittels des Strangrührers 9 während der Erstarrungszeit gerührt. Insbesondere im Falle der üblichen Ausgestaltung des Strangrührers 9, bei welcher der Strangrührer 9 als elektromagnetische Rührspule ausgebildet ist, wird die Rührspule gemäß FIG 9 mit mindestens einem Wechselstrom I gespeist. Die weitere Ausgestaltung kann nach Bedarf sein. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Rührspule, mittels derer der flüssige Kern 5 auf verschiedene Art und Weise gerührt werden kann, sind beispielsweise in der WO 2017/162 418 A1 näher erläutert. Die genaue Art und Weise, auf welche der flüssige Kern 5 gerührt wird, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Entscheidend ist lediglich, dass die genaue Einwirkung auf den flüssigen Kern 5 durch den Wechselstrom I (beispielsweise dessen Stromstärke, dessen Frequenz und im Falle mehrerer Phasen des Wechselstroms I von Phasenbeziehungen der Phasen zueinander) bestimmt ist.
  • Zum anderen - und das ist der Kerngegenstand der vorliegenden Erfindung und wird in Verbindung mit den FIG 11 bis 14 erläutert - wird der Strangrührer 9 während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub h oszillierend zwischen einem oberen Umkehrpunkt P1 und einem unteren Umkehrpunkt P2 verfahren. Zu diesem Zweck wird dem Antrieb 10 ein Positionswert p vorgegeben. Der Positionswert p ist zeitabhängig entsprechend der gewünschten Oszillation.
  • In Verbindung mit den FIG 11 bis 14 werden nachstehend mögliche Oszillationen des Strangrührers 9 näher erläutert. Die FIG 11 bis 14 gehen aus von FIG 6.
  • In der Darstellung gemäß FIG 11 sind sowohl der obere Umkehrpunkt P1 als auch der untere Umkehrpunkt P2 fix. Demzufolge erfolgt eine Oszillation mit einem einheitlichen, zeitlich konstanten Oszillationshub h. Die Frequenz der Oszillation kann ebenfalls konstant sein. Sie kann aber auch zeitlich variiert werden. Weiterhin kann die Oszillation nach Bedarf sinusförmig oder nicht sinusförmig sein. Eine nicht sinusförmige Bewegung kann beispielsweise vorliegen, wenn der Oszillationshub h und/oder die Oszillationsfrequenz relativ groß ist (insbesondere das Produkt einen Grenzwert übersteigt), so dass der Strangrührer 9 bei einer sinusförmigen Bewegung im Mittelbereich zwischen dem oberen und dem unteren Umkehrpunkt P1, P2 mit einer Geschwindigkeit verfahren werden müsste, die von dem Antrieb 10 nicht mehr erreicht werden kann. Aus dem gleichen Grund kann es auch möglich sein, dass eine im Bereich des oberen und/unteren Umkehrpunktes P1, P2 bei einer sinusförmigen Oszillation erforderliche Beschleunigung nicht mehr erreicht werden kann. Es sind aber auch andere Gründe für eine nicht sinusförmige Bewegung des Strangrührers 9 möglich. Sofern gewünscht, kann weiterhin der mindestens eine Wechselstrom I während des Oszillierens des Strangrührers 9 in Abhängigkeit von der aktuellen Position p des Strangrührers 9 variiert werden.
  • Der obere Umkehrpunkt P1 kann insbesondere von der Lage der Oberkante 8 des vollständig gegossenen Stahlstrangs 3 einen vorbestimmten Abstand a1 aufweisen. Der Abstand a1 liegt üblicherweise im Bereich unter 100 cm. Der Abstand a1 kann nach Bedarf positiv oder negativ sein. In analoger Weise kann der untere Umkehrpunkt P2 insbesondere von der Lage einer Unterkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs 3 einen vorbestimmten Abstand a2 aufweisen. Der Abstand a2 liegt üblicherweise ebenfalls im Bereich unter 100 cm. Der Abstand a2 kann ebenfalls nach Bedarf positiv oder negativ sein. Die Lage der Unterkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs 3 stimmt mit dem Ort des Strangkopfes 7 überein.
  • In der Darstellung gemäß FIG 12 ist der obere Umkehrpunkt P1 fix. Bezüglich der genauen Lage des oberen Umkehrpunktes P1 sind die Ausführungen zu FIG 11 in analoger Weise anwendbar. Der untere Umkehrpunkt P2 hingegen ist variabel. Insbesondere wird der untere Umkehrpunkt P2 bei FIG 12 in Abhängigkeit von dem oberen Ort O1 bestimmt. Beispielsweise kann der untere Umkehrpunkt P2 derart bestimmt werden, dass er mit dem oberen Ort O1 übereinstimmt oder von dem oberen Ort O1 einen vorbestimmten Abstand nach oben oder unten aufweist. Alternativ kann der untere Umkehrpunkt P2 in Abhängigkeit von dem unteren Ort O2 bestimmt werden. In diesem Fall wird der untere Umkehrpunkt P2 in der Regel derart bestimmt werden, dass er oberhalb des unteren Ortes O2 liegt und von dem unteren Ort O2 einen vorbestimmten Abstand aufweist. Aufgrund des Umstands, dass der obere Umkehrpunkt P1 zwar fix ist, der untere Umkehrpunkt P2 jedoch variabel, erfolgt eine Oszillation mit einem zeitlich variierenden Oszillationshub h. Die Ausführungen zu FIG 11 zur Frequenz der Oszillation und der Form der Oszillation sowie der möglichen Variation des Wechselstroms I gelten auch für FIG 12.
  • Zur Bestimmung des oberen Ortes O1 und/oder des unteren Ortes O2 implementiert die Steuereinrichtung 11 gemäß FIG 10 vorzugsweise ein thermodynamisches Modell 14 des Stahlstrangs 3. Mittels des thermodynamischen Modells 14 wird das Temperatur- und Erstarrungsverhalten des Stahlstrangs 3 von der Steuereinrichtung 11 auf Basis einer Wärmeleitungsgleichung und einer Phasenumwandlungsgleichung online modelliert. Zumindest die Wärmeleitungsgleichung ist eine Differenzialgleichung. Oftmals gilt dies auch für die Phasenumwandlungsgleichung. Die Wärmeleitungsgleichung und die Phasenumwandlungsgleichung sind miteinander gekoppelt und werden iterativ gelöst. Das Modell 14 ist zweidimensional oder dreidimensional. Entsprechende Modelle sind Fachleuten allgemein bekannt.
  • In der Darstellung gemäß FIG 13 sind sowohl der obere Umkehrpunkt P1 als auch der untere Umkehrpunkt P2 variabel. Insbesondere wird der untere Umkehrpunkt P2 bei FIG 13 - ebenso wie bei FIG 12 - in Abhängigkeit von dem oberen Ort O1 bestimmt. Alternativ kann der untere Umkehrpunkt P2 in Abhängigkeit von dem unteren Ort O2 bestimmt werden. Die entsprechenden Ausführungen zu FIG 12 sind in analoger Weise anwendbar. Für den oberen Umkehrpunkt P1 können völlig analoge Vorgehensweise ergriffen werden. Die Bestimmung muss lediglich derart erfolgen, dass der obere Umkehrpunkt P1 oberhalb des unteren Umkehrpunktes P2 liegt. Die Ausführungen zu FIG 11 zur Frequenz der Oszillation und der Form der Oszillation sowie der möglichen Variation des Wechselstroms I gelten auch für FIG 13.
  • Die in Verbindung mit FIG 13 erläuterte Ausgestaltung, bei welcher sowohl der obere Umkehrpunkt P1 als auch der untere Umkehrpunkt P2 variabel sind, ist besonders bevorzugt. Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass zunächst der untere Umkehrpunkt P2 bestimmt wird und sodann (sofern möglich) der obere Umkehrpunkt P1 in Abhängigkeit von dem unteren Umkehrpunkt P2 derart bestimmt wird, dass der Oszillationshub h gleich einem festen Nennhub hN ist, also konstant ist. Diese Bestimmung ist möglich, solange der Abstand des unteren Umkehrpunkts P2 von der Oberkante 8 des vollständig gegossenen Stahlstrangs 3 mindestens so groß wie der Nennhub hN ist. Wenn hingegen der untere Umkehrpunkt P2 um weniger als den festen Nennhub hN von der Oberkante 8 beabstandet ist, wird der obere Umkehrpunkt P1 gleich der Oberkante 8 des Stahlstrangs 3 gesetzt. Dieser Zustand tritt zum einen kurzzeitig zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 auf, während also der Stahlstrang 3 in die Halteeinrichtung 6 eingeführt wird. Zum anderen tritt dieser Zustand kurz vor dem Zeitpunkt t4 auf. Während dieser beiden Zeiträume ist daher der Oszillationshub h kleiner als der Nennhub hN.
  • FIG 14 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei welcher sowohl der obere Umkehrpunkt P1 als auch der untere Umkehrpunkt P2 variabel sind. Der untere Umkehrpunkt P2 als solcher und auch der obere Umkehrpunkt P1 als solcher sind in FIG 14 zwar nicht eingezeichnet. Stattdessen ist jedoch die Position p des Strangrührers 9 als Funktion der Zeit t eingezeichnet.
  • Im Rahmen der Ausgestaltung gemäß FIG 14 verharrt der untere Umkehrpunkt P2 auf einem oberen Niveau N1, bis der Stahlstrang 3 in nennenswertem Umfang in die Halteeinrichtung 6 eingeführt ist. Danach wird der untere Umkehrpunkt P2 allmählich abgesenkt, bis er ein unteres Niveau N2 erreicht. Er kann während des Absenkens insbesondere dem Einführen des Stahlstrangs 3 in die Halteeinrichtung 6 folgen. Danach verharrt der untere Umkehrpunkt P2 für einige Zeit auf dem unteren Niveau N2. Während eines kurzen Zeitraums wird der untere Umkehrpunkt P2 unter das untere Niveau N2 abgesenkt und sodann allmählich auf das obere Niveau N1 angehoben. Das obere Niveau N1 wird vorzugsweise zum Zeitpunkt t4 erreicht. Im Rahmen der Ausgestaltung gemäß FIG 14 oszilliert der Strangrührer 9 vorzugsweise stets mit dem Nennhub nH.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere sind im Stand der Technik meist mehrere Strangrührer 9 vorhanden, die jeweils nur einen Teilbereich des gegossenen Stahlstrangs 3 abdecken. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann hingegen ein und derselbe Strangrührer 9 über die gesamte Länge I bzw. zumindest über fast die gesamte Länge I des Stahlstrangs 3 ein Rühren des flüssigen Kerns 5 bewirken. Dennoch kann eine sehr hohe Qualität des Stahlstrangs 3 insbesondere in dessen Innenbereich erreicht werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    flüssiger Stahl
    2
    Durchlaufkokille
    3
    Stahlstrang
    4
    Strangschale
    5
    flüssiger Kern
    6
    Halteeinrichtung
    7
    Strangkopf
    8
    Oberkante des Stahlstrangs
    9
    Strangrührer
    10
    Antrieb
    11
    Steuereinrichtung
    12
    Steuerprogramm
    13
    Maschinencode
    14
    Modell
    a1,a2
    Abstände
    h
    Oszillationshub
    hN
    Nennhub
    I
    Länge des Stahlstrangs
    I
    Wechselstrom
    N1
    oberes Niveau
    N2
    unteres Niveau
    p
    Positionswert
    O1
    oberer Ort
    O2
    unterer Ort
    P1
    oberer Umkehrpunkt
    P2
    unterer Umkehrpunkt
    t
    Zeit
    TL
    Liquidus-Temperatur
    TS
    Solidus-Temperatur
    t1 bis t4
    Zeitpunkte

Claims (15)

  1. Herstellungsverfahren für einen Knüppel oder einen Vorblock,
    - wobei flüssiger Stahl (1) von oben in eine Durchlaufkokille (2) gegossen wird, unten ein Stahlstrang (3) mit einer bereits erstarrten Strangschale (4) und einem noch flüssigen Kern (5) aus der Durchlaufkokille (2) abgezogen wird und der Stahlstrang (3) mit der bereits erstarrten Strangschale (4) und dem noch flüssigen Kern (5) ohne Richtungsänderung von oben in eine Halteeinrichtung (6) eingeführt wird, in welcher der Stahlstrang (3) während einer Erstarrungszeit, in welcher der Stahlstrang (3) nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, verbleibt,
    - wobei der flüssige Kern (5) des stationären Stahlstrangs (3) während der Erstarrungszeit mittels eines Strangrührers (9) gerührt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strangrührer (9) während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub (h) vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs (3) zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt (P1, P2) verfahren wird.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Umkehrpunkt (P1) fix ist, insbesondere von der Lage einer Oberkante (8) des vollständig gegossenen Stahlstrangs (3) einen vorbestimmten Abstand (a1) aufweist.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Umkehrpunkt (P1) variabel ist.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Umkehrpunkt (P1) in Abhängigkeit von einem
    oberen Ort (O1) bestimmt wird, an dem die Liquidus-Temperatur (TL) herrscht, oder in Abhängigkeit von einem unteren Ort (O2) bestimmt wird, an dem die Solidus-Temperatur (TS) herrscht.
  5. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der untere Umkehrpunkt (P2) fix ist, insbesondere von der Lage einer Unterkante des vollständig gegossenen Stahlstrangs (3) einen vorbestimmten Abstand (a2) aufweist.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der untere Umkehrpunkt (P2) variabel ist.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der untere Umkehrpunkt (P2) in Abhängigkeit von einem oberen Ort (O1) bestimmt wird, an dem die Liquidus-Temperatur (TL) herrscht, oder in Abhängigkeit von einem unteren Ort (O2) bestimmt wird, an dem die Solidus-Temperatur (TS) herrscht.
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der untere Umkehrpunkt (P2) und der obere Umkehrpunkt (P1) variabel sind,
    - dass der obere Umkehrpunkt (P1) bei einer Oberkante (8) des vollständig gegossenen Stahlstrangs (3) oder darunter liegt,
    - dass, solange der Abstand des unteren Umkehrpunkts (P2) von der Oberkante (8) des vollständig gegossenen Stahlstrangs (3) mindestens so groß wie ein fester Nennhub (hN) ist, der obere Umkehrpunkt (P1) in Abhängigkeit vom unteren Umkehrpunkt (P2) derart bestimmt wird, dass der Oszillationshub (h) gleich dem festen Nennhub (hN) ist, und
    - dass, wenn und solange der untere Umkehrpunkt (P2) um weniger als den festen Nennhub (hN) von der Oberkante (8) beabstandet ist, der obere Umkehrpunkt (P1) gleich der
    Oberkante (8) des Stahlstrangs (3) gesetzt wird.
  9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der untere Umkehrpunkt (P2) in Abhängigkeit von einem oberen Ort (O1) bestimmt wird, an dem die Liquidus-Temperatur (TL) herrscht, oder in Abhängigkeit von einem unteren Ort (O2) bestimmt wird, an dem die Solidus-Temperatur (TS) herrscht.
  10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, 7 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Ort (O1) und/oder der untere Ort (O2) mittels eines thermodynamischen Modells (14) des Stahlstrangs (3) ermittelt werden.
  11. Herstellungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strangrührer (9) als elektromagnetische Rührspule ausgebildet ist, die mit mindestens einem Wechselstrom (I) gespeist wird, und dass der mindestens eine Wechselstrom (I) während des Oszillierens des Strangrührers (9) in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Strangrührers (9) variiert wird.
  12. Steuerprogramm, das Maschinencode (13) aufweist, der von einer Steuereinrichtung (11) einer Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (13) durch die Steuereinrichtung (11) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (11) einen Strangrührer (9) einer Halteeinrichtung (6), in welcher ein eine bereits erstarrte Strangschale (4) und einen noch flüssigen Kern (5) aufweisender stationärer Stahlstrang (3) während einer Erstarrungszeit nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, derart ansteuert, dass während der Erstarrungszeit der flüssige Kern (5) mittels des Strangrührers (9) gerührt wird und der Strangrührer (9) mit einem Oszillationshub (h) vertikal oszillierend entlang des Stahlstrangs (3) zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt (P1, P2) verfahren wird.
  13. Steuerprogramm nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abarbeitung des Maschinencodes (13) durch die Steuereinrichtung (11) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (11) die zusätzlichen Verfahrensschritte mindestens eines der Ansprüche 2 bis 11 realisiert.
  14. Steuereinrichtung einer Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks, wobei die Steuereinrichtung mit einem Computerprogramm (12) nach Anspruch 12 oder 13 programmiert ist, so dass sie im Betrieb einen Strangrührer (9) einer Halteeinrichtung (6), in welcher ein eine bereits erstarrte Strangschale (4) und einen noch flüssigen Kern (5) aufweisender stationärer Stahlstrang (3) während einer Erstarrungszeit nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, zumindest derart ansteuert, dass während der Erstarrungszeit der flüssige Kern (5) mittels des Strangrührers (9) gerührt wird und der Strangrührer (9) mit einem Oszillationshub (h) oszillierend zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt (P1, P2) verfahren wird.
  15. Stranggießmaschine zum Herstellen eines Knüppels oder eines Vorblocks,
    - wobei die Stranggießmaschine eine Durchlaufkokille (2) aufweist, in die von oben flüssiger Stahl (1) gegossen wird und aus der unten ein Stahlstrang (3) mit einer bereits erstarrten Strangschale (4) und einem noch flüssigen Kern (5) abgezogen wird,
    - wobei die Stranggießmaschine unterhalb der Durchlaufkokille (2) eine Halteeinrichtung (6) aufweist, in welche der Stahlstrang (3) mit der bereits erstarrten Strangschale (4) und dem noch flüssigen Kern (5) ohne Richtungsänderung von oben eingeführt wird und in welcher der Stahlstrang (3) während einer Erstarrungszeit, in welcher der Stahlstrang (3) nach und nach zu dem Knüppel oder dem Vorblock erstarrt, verbleibt,
    - wobei die Halteeinrichtung (6) einen vertikal entlang des Stahlstrangs (3) verfahrbaren Strangrührer (9) aufweist, mittels dessen der flüssige Kern (5) des stationären Stahlstrangs (3) während der Erstarrungszeit gerührt wird,
    - wobei die Stranggießmaschine eine Steuereinrichtung (11) aufweist, von der zumindest der Strangrührer (9) gesteuert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (11) gemäß Anspruch 14 ausgebildet ist, so dass der Strangrührer (9) während der Erstarrungszeit mit einem Oszillationshub (h) oszillierend zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt (P1, P2) verfahren wird.
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