EP0049238B1 - Verfahren zur Steuerung des Strangabzuges - Google Patents
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- EP0049238B1 EP0049238B1 EP81890155A EP81890155A EP0049238B1 EP 0049238 B1 EP0049238 B1 EP 0049238B1 EP 81890155 A EP81890155 A EP 81890155A EP 81890155 A EP81890155 A EP 81890155A EP 0049238 B1 EP0049238 B1 EP 0049238B1
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
Definitions
- the invention relates to a method for controlling the strand withdrawal from a horizontal continuous casting mold cooled with a cooling medium and having a material with higher thermal conductivity, the strand being withdrawn step by step from the mold and the metal melt, e.g. Steel melt, discontinuously enters the mold and, after forming a strand skin, the strand is pulled off again by one step and then pushed back by a partial step.
- the metal melt e.g. Steel melt
- the strand that is formed in the case of higher-melting metals is gradually withdrawn from a stationary or movable horizontal mold. There is either a standstill between the individual steps or the strand is pushed back by a partial step. This procedure is followed in order to bring about a welding of the strand skin which forms directly from the melt with the strand skin which has already been formed and has already been removed one step. If no complete welding has taken place, there is a risk that the strand skin remains at the beginning of the mold and that there is liquid melt between it and the strand skin that has been pulled off with the strand, which has already partially solidified, which can escape from the mold when the strand is pulled off further.
- Another method for gradually withdrawing the strand from a horizontal continuous casting mold is known from DE-PS 23 40 636, the strand withdrawal or the strand standstill times being controlled via the engine torque.
- This control assumes that if the strand skin is insufficiently cooled, it will still be against the mold wall and therefore cause greater resistance when pulling off.
- a disadvantage of this method is that if the freshly formed strand skin is not welded to the strand skin to be pulled off, there is no greater resistance, but only a noticeably lower resistance, so that there is also a risk that the melt can escape from the mold.
- DE-AS 25 02 868 describes a method for regulating the continuous casting of steel, in which a strand withdrawal is controlled as a function of an elongation of the mold.
- the disadvantage of the method is that it takes no account of the danger of a strand break and its prevention.
- the invention has for its object to provide a method for controlling the strand withdrawal, in which the above. Disadvantages are avoided, and it is easy to carry out.
- the method according to the invention essentially consists in that the strand withdrawal is controlled as a function of the expansion or contraction of the mold wall in contact with the strand skin and the strand is pushed back when the strand breakthrough begins until the strand skin section which has remained in the mold is welded to the remaining strand skin is done.
- Contraction is caused by forces. In contrast to heat, these forces propagate immediately to an area where they can be measured, etc. at a point in time at which no temperature change has yet occurred at the measuring location.
- the strand skin remaining in the mold is securely welded to that of the removed strand, avoiding damage to the nozzle stones.
- the strand withdrawal is controlled as a function of the expansion or contraction of the mold wall which alternately contacts the molten metal or the skin of the strand.
- the measurement of the expansion or contraction can be carried out particularly advantageously in the space through which the cooling medium flows, since the measurement there can be carried out particularly simply at an approximately constant temperature.
- 1 means the melt peg container, which has a channel 2. Between this and the mold 3, a two-part nozzle block 4 and 5 is arranged, through which the melt reaches the mold from the melt container.
- the nozzle block 5 extends with its cylindrical extension into the channel 2, whereas the nozzle block 4 has a conical lumen which opens into the mold cavity.
- the mold is detachably connected to the melt vessel by screws (not shown). It has a jacket 6 through which the cooling water flows, the inlet and outlet taking place through the pipe sockets 7 and 8.
- a take-off roller 9 is provided which is driven by a motor, not shown. The strand 10 is pressed by the pivoted roller 11 and the compression spring 12 against the take-off roller 9.
- the strand has an outer, already solidified strand skin, within which liquid melt is still present.
- the strand skin is formed immediately after the nozzle block 4, the liquid melt reaching the mold wall in each case in a withdrawal step, thus heating and expanding it.
- a strand skin ring is formed, which has a taper.
- a strain gauge 13 is arranged in the jacket 6 through which the cooling water flows, on the wall forming the strand skin. This strain gauge is arranged in the transverse direction of the strand. This arrangement is particularly advantageous for small strands to be formed and small step lengths.
- the strain gauge is soldered or welded to the surface of the wall and coated with an epoxy resin. It has an external power line (not shown).
- the strand is pushed back by a partial step, which is approximately 10% of the forward-facing step, which on the one hand compensates for the length shrinkage of the strand, which is caused by the cooling thereof, and furthermore a collision of the strand skin is reached.
- a partial step which is approximately 10% of the forward-facing step, which on the one hand compensates for the length shrinkage of the strand, which is caused by the cooling thereof, and furthermore a collision of the strand skin is reached.
- the typical time and voltage profiles are given in FIGS. 2a and 2b.
- the diagram in FIG. 2a relates to a measurement result that is obtained when the strain gauge or the pressure-sensitive quartz crystal is arranged in an area in which no melt comes to the inner wall during trouble-free continuous casting. Such a trouble-free course is given in area x.
- the step lasts in each case one second, with a slight change in the elongation taking place in accordance with the tapering in the respective strand skin sections, as is represented in the area x by the respective maxima.
- the area x is significant for a beginning strand breakthrough, in which the liquid melt reaches the inner wall of the mold and thus causes it to expand. Triggered by the immediate stretch indicator, the entire strand is pushed back until the strand skin section that has remained in the mold has been welded to the remaining strand skin, which can usually be achieved with less than one step back. This pushing back is shown in section x 3 . After the strand skin sections have been welded, the usual strand withdrawal takes place again.
- Section x 1 relates to a trouble-free strand withdrawal, with melt coming off the mold wall when the newly formed strand skin section is withdrawn, as a result of which tension on the outer wall is caused, which is continuously reduced by the simultaneous cooling. Then the strand is moved back by about 1 / 10th of the step, so that the voltage variation passes through the arbitrarily defined zero point in the negative range. The strand is immediately drawn off again, whereupon liquid melt reaches the mold wall again.
- section x 2 If, however, the newly formed strand skin section remains in the mold and is not pulled off together with the rest of the strand, then, as shown in section x 2 , the stresses are further reduced, i.e. contraction of the mold wall, which only takes place when the pushing back is initiated, which in the Section x 3 is shown, leads to the earlier voltage curve already shown in area x 1 .
- the strain or tension measuring strip can be arranged in any area, since a break in the strand represents a particularly significant event, by means of which the normal course of the change in tension is changed.
- 14 means the mold wall, which is surrounded by the jacket 6, with the cooling water flowing through the intermediate space.
- Strain gauges 13 are arranged, one of which measures the tension or elongation in the longitudinal direction and the other in the transverse direction to the strand.
- the strain gauges are connected to a current source via resistors R1 and R2.
- the flowing current is amplified in the amplifier V and shown in the oscillograph O.
- the oscillograph has a further input for the control pulses of the drive control A.
- the pulses from the amplifier also go to a wave analyzer W, in which an acoustic signal generator S is actuated when a threshold value is exceeded or undershot, and a signal is also output to the drive control, as a result of which the pull-off motor M pushes the string back by less than one step length.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung des Strangabzuges aus einer mit einem Kühlmedium gekühlten horizontalen Stranggusskokille mit einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit, wobei der Strang schrittweise aus der Kokille abgezogen wird und die Metallschmelze, z.B. Stahlschmelze, diskontinuierlich in die Kokille gelangt und nach Bildung einer Stranghaut der Strang erneut um einen Schritt abgezogen und sodann um einen Teilschritt zurückgeschoben wird.
- Bei dem Horizontal-Strangguss wird aus einer feststehenden oder beweglichen horizontalen Kokille der sich bildende Strang bei höher schmelzenden Metallen schrittweise abgezogen. Zwischen den einzelnen Schritten wird entweder eine Stillstandszeit eingehalten oder der Strang um einen Teilschritt zurückgeschoben. Diese Vorgangsweise wird eingehalten, um ein Verschweissen der sich unmittelbar aus der Schmelze bildenden Stranghaut mit der bereits gebildeten und bereits einen Schritt abgezogenen Stranghaut zu bewirken. Wenn keine vollständige Verschweissung stattgefunden hat, so besteht die Gefahr, dass die Stranghaut am Beginn der Kokille verbleibt und zwischen dieser und der mit dem bereits teilweise verfestigten Strang abgezogenen Stranghaut flüssige Schmelze vorhanden ist, welche bei einem weiteren Strangabzug aus der Kokille austreten kann. Tritt ein sogenannter Durchbruch des Stranges wie oben beschrieben auf, so muss der Strangguss abgebrochen werden. Neben der erhöhten Unfallsgefahr tritt eine erhebliche Produktionsunterbrechung auf. Zur Vermeidung eines derartigen Strangdurchbruches ist bereits ein Verfahren zum Stranggiessen bekannt geworden, bei dem die Temperatur punktförmig an der Kokillenwandung unmittelbar beim Schmelzeneintritt in die Kokille gemessen wird. Fällt die Temperatur um 8°-25 °C unter eine vorbestimmte Temperatur, so wird der Strang solange stillgehalten, bis erneut ein Temperaturanstieg gemessen werden kann. Mit diesem Verfahren kann zwar eine Steuerung des Strangabzuges in Abhängigkeit von der Stranghautbildung durchgeführt werden, jedoch sind die Verzögerungen zwischen Nichtverschweissen der Stranghautabschnitte und dem Messen des Temperaturabfalles so gross, dass trotzdem ein Durchbruch der Schmelze aus der Kokille nicht mit Sicherheit verhindert werden kann. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Temperatur an der Wand der Kokille gemessen wird und diese jedoch in Abhängigkeit von der zum Messpunkt gelangenden Wärmemenge steht. Die Wärmemenge gelangt nicht durch Wärmestrahlung, sondern durch Wärmeleitung, welche eine erhebliche Zeit in Anspruch nimmt, zum Messpunkt.
- Ein weiteres Verfahren zum schrittweisen Abziehen des Stranges aus einer horizontalen Stranggiesskokille wird aus der DE-PS 23 40 636 bekannt, wobei der Strangabzug bzw. die Strangstillstandszeiten über das Motordrehmoment gesteuert werden. Bei dieser Steuerung wird davon ausgegangen, dass bei ungenügender Abkühlung der Stranghaut diese noch an der Kokillenwandung anliegt und daher einen grösseren Widerstand beim Abziehen bewirkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass bei einem Nichtverschweissen der frisch gebildeten Stranghaut mit der abzuziehenden Stranghaut kein grösserer Widerstand, sondern nur ein nennenswert kleinerer Widerstand dem Abzug entgegensteht, sodass auch hier die Gefahr besteht, dass die Schmelze aus der Kokille austreten kann.
- In der DE-AS 25 02 868 ist ein Verfahren zur Regelung des Stranggiessens von Stahl beschrieben, bei dem ein Strangabzug in Abhängigkeit von einer Dehnung der Kokille gesteuert wird. Nachteil des Verfahrens ist, dass es auf die Gefahr eines Strangbruches und dessen Verhinderung keinerlei Rücksicht nimmt.
- Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Steuerung des Strangabzuges zu schaffen, bei dem die o.a. Nachteile vermieden werden, und das einfach in der Durchführung ist.
- Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass der Strangabzug in Abhängigkeit von der Dehnung bzw. Kontraktion der mit der Stranghaut in Kontakt stehenden Kokillenwandung gesteuert und bei beginnendem Strangdurchbruch der Strang zurückgeschoben wird, bis ein Verschweissen des in der Kokille stehengebliebenen Stranghautabschnittes mit der restlichen Stranghaut erfolgt ist. Die Dehnung bzw.
- Kontraktion wird durch Kräfte bewirkt. Diese Kräfte pflanzen sich zum Unterschied von Wärme sofort in einen Bereich fort, wo sie messtechnisch erfasst werden können, u.zw. zu einem Zeitpunkt, zu dem am Messort noch keine Temperaturänderung eingetreten ist. Zusätzlich wird ein sicheres Verschweissen der in der Kokille stehengebliebenen Stranghaut mit jener des abgezogenen Stranges bewirkt, wobei eine Beschädigung der Düsensteine vermieden wird.
- Um eine möglichst frühzeitige Registrierung des Strangdurchbruches zu ermöglichen, wird der Strangabzug in Abhängigkeit von der Dehnung bzw. Kontraktion der mit der Metallschmelze bzw. Stranghaut alternierend in Kontakt stehenden Kokillenwandung gesteuert.
- Besonders vorteilhaft kann die Messung der Dehnung bzw. Kontraktion im vom Kühlmedium durchflossenen Raum durchgeführt werden, da dort die Messung besonders einfach bei annähernd konstanter Temperatur durchgeführt werden kann.
- Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der Zeichnung näher erläutert:
- Es zeigen Fig. 1 eine Horizontalstranggussanlage mit einem Dehnungsmessstreifen im Schnitt,
- Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die Dehnung bzw. Kontraktion beim Strangabzug im zeitlichen Verlauf dargestellt ist und
- Fig. 3 ein Blockschema der Steuerung.
- Bei der in Fig. 1 dargestellten horizontalen Stranggussanlage bedeutet 1 den Schmelzenbehälter, welcher einen Kanal 2 aufweist. Zwischen diesem und der Kokille 3 ist ein zweiteiliger Düsenstein 4 und 5 angeordnet, durch welchen die Schmelze vom Schmelzenbehälter in die Kokille gelangt. Der Düsenstein 5 reicht mit seinem zylindrischen Fortsatz in den Kanal 2, wohingegen der Düsenstein 4 ein kegelförmiges Lumen aufweist, das in den Kokillenhohlraum mündet. Die Kokille ist über Schrauben (nicht dargestellt) mit dem Schmelzengefäss lösbar verbunden. Sie weist einen vom Kühlwasser durchflossenen Mantel 6 auf, wobei der Zu- bzw. Ablauf durch die Rohrstutzen 7 und 8 erfolgt. Weiters ist eine Abzugsrolle 9 vorgesehen, die von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Der Strang 10 wird durch die schwenkbar gelagerte Rolle 11 und die Druckfeder 12 gegen die Abzugsrolle 9 gepresst. Der Strang weist, wie strichliert dargestellt, eine äussere, bereits verfestigte Stranghaut auf, innerhalb welcher noch flüssige Schmelze vorhanden ist. Die Stranghaut wird unmittelbar nach dem Düsenstein 4 gebildet, wobei jeweils bei einem Abzugsschritt die flüssige Schmelze an die Kokillenwandung gelangt, diese somit erwärmt und ausdehnt. Während eines Schrittes wird jeweils ein Stranghautring gebildet, welcher eine Verjüngung aufweist. In diesem Bereich ist im vom Kühlwasser durchflossenen Mantel 6 an der die Stranghaut formenden Wandung ein Dehnungsmessstreifen 13 angeordnet. Dieser Dehnungsmessstreifen ist in Strangquerrichtung angeordnet. Diese Anordnung ist insbesondere für kleine zu formende Stränge und kleine Schrittlängen von Vorteil. Der Dehnungsmessstreifen ist auf der Oberfläche der Wandung angelötet bzw. angeschweisst und mit einem Epoxiharz umhüllt. Er weist eine nach aussen führende Stromleitung (nicht dargestellt) auf. Am Ende eines nach vorwärts gerichteten Abzugschrittes wird der Strang um einen Teilschritt, der etwa 10% des nach vorwärts gerichteten Schrittes beträgt, zurückgeschoben, wodurch einerseits die Längenschrumpfung des Stranges, welche durch das Abkühlen desselben verursacht wird, ausgeglichen wird und weiters ein Zusammenstossen der Stranghaut erreicht ist. Tritt kein Verschweissen der Stranghautabschnitte ein, so verbleibt ein Stranghautabschnitt im Bereich der ersten Verfestigung, wohingegen die weiteren Stranghautabschnitte mit dem Strang abgezogen werden, wodurch die flüssige Schmelze auch ausserhalb jenes Bereiches an die Kokillenwandung gelangt, in welchem üblicherweise die Stranghaut gebildet wird. Es wird somit, wenn in diesem weiteren Bereich, wo üblicherweise keine Schmelze an die Wandung gelangt, die Wandung durch die Wärmedehnung stärker gedehnt als üblich, sodass dort Spannungen gemessen werden können, die üblicherweise nicht vorhanden sind. Im Bereich, in dem die Stranghaut gebildet wird, erfolgt jedoch eine weitere Kühlung des Stranghautabschnittes, sodass eine weitere Kontraktion der inneren Kokillenwandung bewirkt wird, wodurch eine Reduktion der Spannung eintritt.
- In Fig. 2a bzw. 2b sind die typischen Zeit- und Spannungsverläufe angegeben. Zur besseren Vorstellung ist an Stelle der Spannung die Längenänderung, u.zw. an der Aussenseite der Kokillenwandung gezeigt. Das Diagramm der Fig. 2a bezieht sich auf ein Messergebnis, das erhalten wird, wenn der Dehnungsmessstreifen bzw. der druckempfindliche Quarzkristall in einem Bereich angeordnet ist, in dem bei einem störungsfreien Strangguss keine Schmelze an die Innenwandung kommt. Ein derartiger störungsfreier Verlauf ist im Bereich x angegeben. Der Schritt dauert jeweils eine Sekunde, wobei entsprechend der eingetretenen Verjüngung in den jeweiligen Stranghautabschnitten jeweils eine geringfügige Änderung der Dehnung erfolgt, wie sie im Bereich x durch die jeweiligen Maxima dargestellt ist. Der Bereich x ist für einen beginnenden Strangdurchbruch signifikant, bei welchem die flüssige Schmelze an die Innenwandung der Kokille gelangt und so eine grössere Dehnung derselben bewirkt. Ausgelöst von der unmittelbaren Dehnungsanzeige wird der gesamte Strang zurückgeschoben, bis ein Verschweissen des in der Kokille stehengebliebenen Stranghautabschnittes mit der restlichen Stranghaut erfolgt ist, welches mit weniger als einem Schritt zurück in der Regel erreicht werden kann. Dieses Zurückschieben ist im Abschnitt x 3 dargestellt. Nach dem Verschweissen der Stranghautabschnitte erfolgt wieder der übliche Strangabzug.
- Bei dem in Fig. 2b dargestellten Diagramm sind die Spannungszustände an der Kokillenaussenwandung durch Angabe der Längenänderung im Bereich der Stranghautbildung dargestellt. Der Abschnitt x1 bezieht sich auf einen störungsfreien Strangabzug, wobei bei Abzug des neu gebildeten Stranghautabschnittes Schmelze an die Kokillenwandung gelangt, wodurch eine Spannung an der Aussenwandung bedingt ist, welche durch die gleichzeitige Abkühlung stetig abgebaut wird. Sodann wird der Strang um ca. 1/10 des Schrittes zurückbewegt, sodass die Spannungsänderung durch den willkürlich festgelegten Nullpunkt in den negativen Bereich gelangt. Es wird der Strang sofort wieder abgezogen, worauf flüssige Schmelze erneut zur Kokillenwandung gelangt. Bleibt der neu gebildete Stranghautabschnitt jedoch in der Kokille stehen und wird nicht gemeinsam mit dem übrigen Strang abgezogen, so erfolgt, wie im Abschnitt x 2 dargestellt, ein weiterer Abbau der Spannungen, d.h. Kontraktion der Kokillenwandung, welche erst mit Einleiten des Zurückschiebens, das im Abschnitt x 3 dargestellt ist, zum früheren, bereits im Bereich x1 dargestellten Spannungsverlauf, führt.
- Der Dehnungs- bzw. Spannungsmessstreifen kann, wie aus den Ausführungen ersichtlich, in jedem beliebigen Bereich angeordnet werden, da ein Durchbruch des Stranges ein besonders signifikantes Ereignis darstellt, durch welches der normale Spannungsänderungsverlauf geändert wird.
- In Fig. 3 bedeutet 14 die formende Kokillenwandung, welche vom Mantel 6 umgeben ist, wobei der Zwischenraum vom Kühlwasser durchflossen ist. Auf dieser Wandung 14 sind zwei Dehnungsmessstreifen 13 angeordnet, von welchen einer die Spannung bzw. Dehnung in Längs- und der weitere in Querrichtung zum Strang misst. Die Dehnungsmessstreifen sind mit einer Stromquelle über Widerstände R1 und R2 verbunden. Der fliessende Strom wird im Verstärker V verstärkt und im Oszillographen O dargestellt Der Oszillograph weist einen weiteren Eingang für die Steuerimpulse der Antriebssteuerung A auf. Die Impulse aus dem Verstärker gehen weiters zu einem Wellenanalysator W, in welchem bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines Schwellenwertes ein akustischer Signalgeber S betätigt wird und weiters an die Antriebssteuerung ein Signal abgegeben wird, wodurch der Abzugsmotor M den Strang um weniger als eine Schrittlänge zurückschiebt.
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