DE69200848T2

DE69200848T2 - Dynamische kontrolle der abzugsgeschwindigkeit nach dem anhaften des stranges beim stranggiessen.

Info

Publication number: DE69200848T2
Application number: DE69200848T
Authority: DE
Inventors: Andre Klein; Manfred Wolf
Original assignee: Techmetal Promotion SA
Current assignee: Techmetal Promotion SA
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: IE921133A1; DE69200848D1; MX9201617A; TW206171B; FI934393L; EP0579702B1; CN1065613A; CA2108127A1; CN1046875C; ES2068032T3; FR2675062B1; US5449034A; FR2675062A1; PT100355A; AU1646492A; ATE115019T1; ZA922532B; WO1992018273A1; EP0579702A1; FI97782B

Description

TECHMETAL PROMOTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Kontrolle der Abzugsgeschwindigkeit bei einem Stahl-Stranggußverfahren der Art, bei der man während der Entdeckung eines Anhaftens der Außenschicht in den Blockformen der Abzugsgeschwindigkeit einen Zyklus aufprägt, der zusammengesetzt ist aus einer Verzögerungsschräge von der Betriebsgeschwindigkeit bis zu einer verringerten Geschwindigkeit, einem Vernarbungs- bzw. Abhilfeniveau und einer Beschleunigungsschräge von der verringerten Geschwindigkeit bis zur Betriebsgeschwindigkeit. Ein solches Verfahren ist der Anmelderin bekannt.
Die Anhaftungen der Außenschicht in den Blockformen einer Stranggußmaschine sind sehr gefährlich, weil sie Durchbrüche bzw. Durchstiche veranlassen können. Es ist bekannt, besonders bei dem System, das von SOLLAC unter dem Namen SAPSOL entwickelt wurde, die Anhaftungen durch ein Alarmsystems zu signalisieren, das auf der Überwachung der Temperaturen der Blockformwände durch Wärmefühler basiert, die in zwei Höhen in die Dicke der Wände der vertikalen Blockform unter der Kuppe eingeführt sind. Andere Alarmsysteme wurden vorgeschlagen. Anfangs hat man nach einem ermittelten Alarm den Gußbetrieb während einer Zeit angehalten, die man für die Abhilfe für ausreichend beurteilt hat. Später hat man vorgeschlagen, die Abzugsgeschwindigkeit auf einen Abhilfe-Zyklus einzuregulieren, wie er weiter oben umrissen ist, was den vollständigen Stillstand der Maschine vermeidet. Jedenfalls sind dieser Zyklus und insbesondere seine Verlangsamungsperiode nicht ohne Folge auf die Qualität der Oberfläche des Produkts, wie auch auf die Produktivität der Maschine.
Man kennt auch in Horizontal-Stranggußanlagen Verfahren zum Ermitteln des Durchstichs mittels der Belastung (EP-A- 111 000) und Verfahren, die es lehren, den Abzug des Produktes nur dann zu unterbrechen, wenn man einen Temperaturabfall in der Blockform ermittelt (DE-A-33 07 176).
Ziel der Erfindung ist es, die Steuerung dieses Zyklus durch eine dynamische Kontrolle zu ersetzen, die an das Verhalten des Stahles angepaßt ist und die Verlangsamungsperiode auf die minimale Verzögerung für die Abhilfe des Anhaftens verkürzt.
Die Erfindung erreicht ihr Ziel dadurch, daß man das ferritische Potential des Gußstahles bestimmt und daß man mindestens die Steigung der Beschleunigungs- und Verzögerungsschrägen als Funktion dieses ferritischen Potentials bestimmt.
Die Erfindung beruht tatsächlich auf der Entdeckung, die zugleich auf wissenschaftlichen Überlegungen und auf tatsächlichen Erfahrungen begründet ist, wonach das ferritische Potential, dessen Definition später noch vorgelegt wird, als der bestimmende Faktor in der Regulierung der Abzugsgeschwindigkeit während des Abhilfezyklus angesehen werden kann.
Es hat sich in gleicher Weise als vorteilhaft gezeigt, die Länge des Heilungsniveaus als Funktion des Unterschieds zwischen die Liquidustemperatur und der Solidustemperatur des Gußstahls zu bestimmen.
Vorteilhafterweise liegt die verringerte Geschwindigkeit im Fall der Anhaftung in der Größenordnung von 0,2 bis 1 m/min, um für das Anhaften Abhilfe zu schaffen.
Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus der Lektüre der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, in welchen:
- Fig. 1 ein Geschwindigkeitsdiagramm während des Abhilfezyklus ist,
- Fig. 2 drei Diagramme übereinanderliegend darstellt, die von oben nach unten folgendes ausdrücken: die Zeit der Abhilfe in Minuten als Funktion des Temperaturintervalls der Verfestigung in Grad, die Steigung der Verzögerungsschräge in m/min² als Funktion des ferritischen Potentials und die Steigung der Beschleunigungsschräge in m/min² als Funktion des ferritischen Potentials,
- Fig. 3 ein Diagramm ähnlich dem der Fig. 1 ist und den Abhilfezyklus dreier Stahlsorten X, B, D gemäß der Erfindung und der Sorte X', die zu X analog ist, in herkömmlicher Weise zeigt.
Das Diagramm der Fig. 1 stellt schematisch die Abzugsgeschwindigkeit V (in m/min) als Funktion der Zeit t (in min) rund um den und während des Abhilfezyklus dar. Vor und nach dem Zyklus weist die Abzugsgeschwindigkeit einen Betriebswert Vc auf. Im Fall eines ermittelten Alarms senkt man sie auf eine verringerte Geschwindigkeit Vr während einer Verringerungsgeschwindigkeit td und gemäß einem mittleren Verringerungswert D = (Vr - Vc)/td ab, d.h. gemäß der Steigung der Verzögerungsschräge. Nach einer Abhilfe- oder Wartezeit tr steigt die Geschwindigkeit wieder auf ihren Wert Vc in einer Zeit ta und gemäß einer Beschleunigung A = (Vc - Vr)/ta an.
Gemäß der Erfindung wurde entdeckt, daß
- ta und D stark beeinflußt sind von der Neigung zur Ausdehnung der Bramme zwischen Walzen, die ihrerseits wieder eine Funktion des Fließverhaltens der Außenschicht bei hoher Temperatur ist; eine ferritische Sorte mit einem schwachen Widerstand gegenüber dem Fließen erfordert eine lange Dauer td (und ein niedriges Niveau für D), während das Gegenteil für eine austenitische Sorte gilt;
- tr ist vor allem mit dem Verfestigungsintervall verbunden, d.h. der Temperaturdifferenz zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur, TL - TS (in K); also erfordert eine hochlegierte Sorte mit einem erhöhten Wert für TL - TS eine entsprechende Erhöhung von tr und umgekehrt,
- ta und A erfordern eine Anpassung an die Neigung zum Anhaften, die hoch ist für entweder vollständig ferritische Sorten oder vollständig austenitische Sorten und dagegen schwächer ist für eine Mischstruktur, d.h. eine austenitisch-ferritische Struktur im Bereich der Temperatur der Außenschicht.
Alle diese Aspekte sind in weitem Umfang eine Funktion der Mikroentmischung im Inneren der Matrix und hängen letztendlich von der ferritischen oder austenitischen Eigenschaft der Gußstahlsorte ab, in dem Ausmaß, in dem Versuche gezeigt haben, daß die Anwesenheit von Ferrit während der Verfestigungsphase einen sehr vorteilhaften Einfluß ausübt, um die Mikroentmischung auf ein Mindestmaß zu verringern. Wenn man der Entwicklung des Verhältnisses der festen Anteile an Ferrit und an Austenit als Funktion des Kohlenstoffgehaltes im Fall von nicht oder niedrig legierten Stählen trägt, erscheint es möglich, ein "ferritisches Potential" PF zu definieren, das den Anteil des Ferrits ausdrückt, das während der Dauer der Verfestigung gebildet wird. Somit gilt:
PF = 2,5 (0,5 - %Cp),
wobei %Cp ein Kohlenstoffäquivalent bei der peritektischen Reaktion darstellt, d.h. ein Gehalt an C, der korrigiert wurde, um dem Einfluß anderer Legierungselemente Rechnung zu tragen. In der Praxis zieht man die folgende Formel in Betracht:
%cp = %C + 0,02 %Mn + 0,04 %Ni-0,1 %Si -0,04 %Cr-0,1 %Mo.
Der Wert 1 des ferritischen Potentials oder größere Werte bezeichnen eine vollständig ferritische Verfestigung. Die negativen Werte des ferritischen Potentials zeigen im Gegenteil eine vollständig austenitische Verfestigung an.
Die zu berücksichtigende Rechnungsformel des ferritischen Potentials für rostfreie Stähle ist:
PF = 5,26 (0,74 - [%Ni'/%Cr'])
wobei %Ni' = %Ni + 0,31 %Mn + 22 %C + 14,2 %N + %Cu
%Cr' = %Cr + 1,5 %Si + 1,4 %Mo + 3 %Ti + 2 %Nb,
Auf der Grundlage einer Klassifizierung von Stählen, die ausgehend von dem so definierten ferritischen Potential durchgeführt wurde, ist es möglich erschienen, indem man im wesentlichen von Erfahrungswerten ausgeht, die idealen Beschleunigungen A und Verzögerungen D des Abhilfezyklus nach dem Alarm zu bestimmen. Dies zeigen die beiden unteren Kurven der Fig. 2.
So zeigt die Kurve an der Unterseite der Figur, daß die Beschleunigung A, ausgedrückt in m/min² als Funktion des ferritischen Potentials, eine zunehmende Funktion von einem Wert leicht unter 0,1 m/min² für sehr positive Potentiale bis zu einem Maximum von etwa 0,7 m/min² für ein Potential in der Nähe von 1 ist, aber dann eine abnehmende Form von diesem Maximum bis zu einem Wert leicht unter 0,2 m/min² für negative Potentiale.
Eine Polynomnäherung der Werte von A als Funktion von PF ergibt:
A = f(PF) = ao + Σiai(PF)i
mit:
für PF > 1 a&sub0; = 5,9
a&sub1; = -10,635
a&sub2; = 7,82
a&sub3; = -2,8459
a&sub4; = 0,5091
a&sub5; = -0,0357
für PF < 1 a0 = 0,3116
a&sub1; = 0,2075
a&sub2; = 0,15
a&sub3; = 0,0471
a&sub4; = 0,0051
Die bevorzugten Verweilzeiten ta für die Beschleunigung liegen zwischen 60 und 600 s.
Tatsächlich sind die Zeitdauern ta (die sich theoretisch aus der Berechnung (Vc - Vr)/A ergeben) vorteilhafterweise dazu eingerichtet, auch anderen Legierungselementen Rechnung zu tragen, die die Anhaftung begünstigen, indem sie die Viskosität der Schlacke in der Blockform beeinflussen.
Die heranzuziehenden Multiplikationsfaktoren (die vergleichbaren Divisionsfaktoren für A entsprechen) sind: Element, Gehalt in % gleich oder größer als und/oder REM
Was die Verzögerung angeht, ist auch dort eine Polynomnäherung möglich:
D = f(PF) = a&sub0; + Σiai (PF)i
mit:
a&sub0; = -57,15
a&sub1; = 21
a&sub2; = 7,68
a&sub3; = -1,83
a&sub4; = 0,822
a&sub5; = 0,0531
a&sub6; = 0,0289
Die bevorzugten Zeitdauern td für die Verzögerung liegen in der Größenordnung von 0,5 bis 30 s.
Was die Verweilzeit während des Abhilfeplateaus angeht, ist sie, wie bereits erwähnt, mit dem Verfestigungsintervall TL - TS verbunden, wo TL und TS die Liquidus- und Solidustemperaturen sind. Es empfiehlt sich, die reellen Solidustemperaturen für die vorliegende Stahlsorte in Betracht zu ziehen, d.h. die Temperaturen, die bezüglich der theoritischen Solidustemperaturen beim Gleichgewicht modifiziert sind, und zwar so, daß den Auswirkungen der Elemente mit geringer Löslichkeit Rechnung getragen wird, wie etwa dem Phosphor oder dem Schwefel, die einen gewissen Abfall der Solidustemperatur nach sich ziehen.
In der Praxis gilt für die Liquidustemperatur TL:
für PF > 0 : TL = 1538 - 90 (%C) - [%X]
für PF < 0 : TL = 1528 - 60 (%C) - [%X]
und für die Solidustemperatur TS gilt:
für PF > 1 : TS = 1538 - 450 (%C) - [%X]
für PF < 1 : TS = 1528 - 180 (%C) - [%X]
wobei der Koeffizient X der Elemente und Legierungen jeweils folgendes darstellt: 10Si, 5Mn, 2Cr, 3Ni, 3Mo, 3Cu, 8Nb, 14Ti, 3Al, 2V, 60B, 1W, 1Co, 34P, 40S, 14As, 10Sn, 36Se.
Das obere Diagramm der Fig. 2 zeigt, wie die Verweilzeit tr eine steigende Funktion des Verfestigungsintervalls von Werten von etwa 15 s aus bis zu Werten von etwa 6 min hin ist, wobei die bevorzugten Zeitdauern in der Größenordnung von 30 bis 300 s liegen.
Eine Polynomnäherung von tr ist die folgende:
tr = f (TL - TS) = a&sub0; + Σiai (TL - TS)i
mit
a&sub0; - 0,351
a&sub1; = -0,0194
a&sub2; = 0,000572
a&sub3; = -0,1715.10&supmin;&sup5;
Die Gruppe der Kurven wird vorteilhafterweise in einem Rechner oder Mikroprozessor programmiert, der automatisch die dynamische Kontrolle des Abhilfezyklus in Verbindung mit dem Alarmsystem für das Anhaften leitet. Es versteht sich von selbst, daß die mit D und A bezeichneten Werte Mittelwerte sind, und daß sie rund um diese Mittelwerte mit etwa 20% modifiziert werden können, insbesondere, um nicht-lineare Geschwindigkeitsänderungen durchzuführen
Die nachfolgende Tabelle I sowie Fig. 2 zeigen beispielsweise die Werte, die für sechs Legierungen A, B, C, D, E und F in einem typischen Fall des Stranggusses von Brammen von 250 mm x 1800 mm bestimmt sind. TABELLE I Stahlsorte Analyse in %: Charakteristische Werte: Kriterien der dynamischen Kontrolle: *) Vc = 1,5 m/min ; Vr = 0,5 m/min **) Besamtzeit bei verminderter Geschwwindigkeit (Abhilfeperiode ***) Korrektur von ta für Ti: 2,6 x 1,5 = 3,9 min
Man wird den Vorteil der Erfindung mit den nachfolgenden Beispielen noch besser darstellen, die einerseits die herkömmliche Kontrolle und die dynamische Kontrolle gemäß der Erfindung für ein und dieselbe Stahlsorte X (0,06% C; 0,30% Mn, 0,15% P; 0,010% S; 0,040% Al; PF = 1,085; TL TS = 1531 - 1508 = 23 K) und andererseits die dynamische Kontrolle für drei verschiedene Sorten B, D und X umfassen.
Man hat in derselben Fig. 3 den typischen Abhilfezyklus bei einem Anhaften für Flußstahl X gemäß der Erfindung und gemäß einem herkömmlichen Verfahren X' dargestellt, sowie für eine Sorte mit hohem Siliziumgehalt für elektrische Bleche (Stahl B) und für eine Sorte harten Stahles des Typs 100 C 6 (Stahl D). Die unterschiedlichen Parameter des Zyklus sind in der nachfolgende Tabelle 2 angezeigt.
Wie ersichtlich ist, erfordert der Zyklus X' gemäß einem herkömmlichen Verfahren eine Gesamtheit ta + tr von 7 min, wozu noch 0,9 s Verlangsamung hinzukommen. Es ergibt sich somit ein Produktivitätsverlust wie auch eine Verschlechterung der Oberflächenqualität.
Außerdem wird ein vergleichbarer Zyklus herkömmlicherweise für alle Stahlsorten angewandt, weil man ihre Zusammensetzung hinsichtlich der Abhilfe der Anhaftung nicht zu unterscheiden weiß.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der Erfindung ersichtlich, daß es möglich ist, den Abhilfezyklus ta + tr auf nur etwa eine Minute zu verringern, was einem Produktivitätsgewinn von beinahe 90% und einem Werkstück entspricht, dessen Qualität nur auf einer sehr kurzen Oberfläche beeinträchtigt ist.
Ein gleichartiger Zuwachs wird für den Stahl B beobachtet.
Dagegen erfordert die Sorte D einen viel längeren Zyklus; das herkömmliche Verfahren bietet eine ungenügende Sicherheit zur wirksamen Abhilfe des Anhaftens.
Diese Beispiele zeigen deutlich, bis zu welchem Punkt die Erfindung einen Gewinn ermöglicht, und zwar gleichzeitig hinsichtlich der Sicherheit als auch der Produktivität.
Wie erwähnt, liegt die verringerte Geschwindigkeit Vr vorteilhafterweise zwischen 0,2 und 1 m/min für den wesentlichen Teil der praktischen Fälle. Nichtsdestoweniger folgt ihre Bestiminung vorzugsweise den folgenden Kriterien: die verringerte Geschwindigkeit des Abhilfezyklus ist im wesentlichen gleich dem größeren der beiden Werte, die man erhält, wenn man 70% der Betriebsgeschwindigkeit heranzieht, sowie eine Geschwindigkeit, die durch das Verhältnis der Nutzlänge der Blockform zur Länge tr des Abhilfeplateaus erhalten wird. Anders gesagt, man erhält eine Geschwindigkeit Vr, die im wesentlichen gleich ist 70% von Vc, wenn diese kompatibel ist mit der Abhilfemöglichkeit auf der Nutzlänge L der Blockform, die sich zwischen der zweiten Höhe der Blockform und dem Ausgang der Blockform erstreckt. Beispielsweise bietet eine Blockform mit 0,90 m Gesamthöhe, deren zweite Höhe der Wärmefühler 0,3 m beträgt, eine Nutzlänge von 0,6 m.
Für die Sorte X beträgt die Zeit tr, die durch Fig. 2 gegeben ist, 0,23 min und die Geschwindigkeit 70% von Vc ergibt eine theoretische Geschwindigkeit Vr von 1 min. Im übrigen kann man ein Nutzzeitmaximum von L/Vr = 0,6/1 = 0,6 min berechnen, das größer ist als 0,23, was zeigt, daß der theoretische Wert von Vr angemessen ist.
Umgekehrt ist für die Sorte D der Wert von tr = 3,65 min größer als die maximale Nutzzeit, die mit einer Geschwindigkeit Vr von 1 m/min erreicht wurde. Die maßgebliche Geschwindigkeit Vr beträgt nur Vr = L/tr = 0,6/3,6 = 0,15 m/min, wie in Fig. 3 benutzt. TABELLE II Sorte

Claims

1. Verfahren zur dynamischen Kontrolle der Abzugsgeschwindigkeit in einem Stranggußverfahren der Art, wonach man während der Erfassung eines Anhaftens der Oberflächenschicht in der Blockform der Abzugsgeschwindigkeit einen Zyklus aufprägt, der zusammengesetzt ist aus einer Verzögerungsschräge von der Betriebsgeschwindigkeit bis zu einer verringerten Geschwindigkeit, einem Abhilfeplateau und einer Beschleunigungsschräge von der verringerten Geschwindigkeit bis zur Betriebsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man das ferritische Potential des Gußstahls bestimmt und mindestens die Steigung (D, A) einer der beiden Schrägen als Funktion dieses ferritischen Potentials bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Länge (tr) des Abhilfeplateaus als Funktion des Abstands zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur des Gußstahls bestimmt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das ferritische Potential niedrig legierter Stähle bei einem Wert wählt, der mit dem übereinstimmt, den die folgende Formel ergibt:

PF = 2,5 (0,5 - %Cp),

wobei Cp das Äquivalent des Kohlenstoffs bei der peritektischen Reaktion ist, berechnet nach der folgenden Formel:

%Cp = %C + 0,02 %Mn + 0,04 %Ni-0,1 %Si -0,04 %Cr-0,1 %Mo

und daß man das ferritische Potential rostfreier Stähle bei einem Wert wählt, der mit dem übereinstimmt, den die folgende Formel ergibt:

PF = 5,26 (0,74 - [%Ni'/%Cr'])

wobei %Ni' = %Ni + 0,31 %Mn + 22 %C + 14,2 %N + %Cu %Cr' = %Cr + 1,5 %Si + 1,4 %Mo + 3 %Ti + 2 %Nb,

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Länge (tr) des Abhilfeplateaus und die Steigungen D und A der Verzögerungs- und Beschleunigungsschrägen im wesentlichen aus den Kurven der Fig. 2 bestimmt.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer (td) der Verzögerung in der Größenordnung von 0,5 bis 30 s liegt, die Verweildauer (tr) bei verringerter Geschwindigkeit in der Größenordnung von 30 bis 300 s und die Dauer (ta) der Beschleunigung in der Größenordnung von 60 bis 600 s.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeitskontrolle von einem Rechner bewirkt wird, der die Berechnung der Geschwindigkeit als Funktion des Gußstahls ausführt.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verringerte Geschwindigkeit des Abhilfezyklus im wesentlichen gleich ist dem größeren der beiden Werte, die erhalten werden, indem man 70% der Betriebsgeschwindigkeit herannimmt, und eine Geschwindigkeit, die durch das Verhältnis der Nutzlänge der Blockform zur Länge tr des Abhilfeplateaus erhalten wird.