EP1043097A1

EP1043097A1 - Verfahren zum Angiessen einer Stranggiessanlage

Info

Publication number: EP1043097A1
Application number: EP00106772A
Authority: EP
Inventors: Horst Grothe
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1999-04-03
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2000-10-11
Also published as: DE19915268A1

Abstract

Um ein Verfahren zum Angießen der Kokille bei Stranggießanlagen bereitzustellen, wobei beim Angießvorgang eine dünne und stabile Strangschale eingestellt wird, wird ein Gießstartprogramm aus den Faktoren Füllstandregelung mittels kontrollierter Stopfenbewegung, Kokillenkühlung und Einstellung der Oszillation schon während des Angießprozesses vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage zum Herstellen eines Gießprodukts aus Metall, insbesondere aus Stahl, umfassend eine beim Angießvorgang bodenseitig verschlossene Kokille sowie ein Gießrohr, das in den oberen Teil der Kokille eingeführt wird, wobei die Gießrohrdurchlaßmenge und somit der Kokillenfüllstand regelbar ist mittels eines in das Gießrohr eintauchenden Stopfens, dessen gießrohrseitiges Ende einen sich kontinuierlich verkleinernden kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei vor Beginn des Angießvorgangs der Zulauf des Gießrohres mittels des Stopfens verschlossen ist

Grundsätzlich unterteilt sich das Stranggießen in die Gießstartphase mit bodenseitig verschlossener Kokille und die Phase des kontinuierlichen Gießens und Abziehens des Strangs. Zum Gießstart wird die Kokille bekanntermaßen mittels eines Stranganfahrkopfes verschlossen und mit schmelzflüssigem Metall gefüllt. Der teilweise erstarrte Strangkopf wird mittels des Anfahrkopfes aus der Kokille gezogen. Mit dem Strangabzug beginnt der eigentliche kontinuierliche Gießprozeß.

Während der Gießstartphase bzw. des Angießvorgangs wird die in die Kokille eingefüllte Schmelzmenge über eine Stopfenbewegung kontrolliert. Im Gegensatz zu dem sich anschließenden kontinuierlichen Strangabzug ist der Angießvorgang der Kokille in der Praxis wenig automatisiert Es ist theoretisch eine Idealkurve für die Stopfenbewegung zur Einstellung eines optimalen Füllvorgangs der Kokille ermittelbar. Aufgrund von Begrenzungen der Stopfengeschwindigkeit kommt es jedoch zu einem unerwünschten Überschwingen bzw. Unterschwingen des Füllstandes im Übergang zwischen der Angießphase und der kontinuierlichen Gieß- und Abzugsphase.

Zum Vergießen von hochlegierten und damit gießtechnisch kritischen Stahlsorten, wie beispielsweise peritektischen Stählen oder austenitischen chromhaltigen Rostfreistählen, ist ein gleichmäßiger und ebener Schmierfilm zwischen der sich bildenden Strangschale und den Kokillenplatten notwendig. Dieser Schmierfilm muß zudem schnell aufgebaut werden. Er dient zur Isolierung und verhindert eine zu große und schnelle Wärmeabfuhr, was einer unerwünschten Rißbildung der Schale entgegenwirkt. In diesem Zusammenhang ist es problematisch, daß die beim Angießvorgang schroff abgekühlte Schmelze in der Kokille in der Regel eine sehr unebene bzw. hügelige Strangschale bildet, in deren

Tälern" die erste Flüssigschlacke abfließen kann, wenn am Meniskus eine große Spalte zwischen der sich bildenden Strangschale und den Kokillenplatten entsteht. Im allgemeinen bildet sich eine dicke unebene Schlackenschicht zusammen mit einer dünnen unebenen Strangschale aus oder eine dünne unebene Schlackenschicht zusammen mit einer dicken unebenen Strangschale. Erst mit der Zeit können sich derartig entstandene hügelige Flüssigschlacke- bzw. Schmierfilmschichten in gewünschte ebene Schichten verändern. Die in der Zwischenzeit entstandenen Strangschalen sind aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeabfuhr uneben und neigen zu Längs-und Querrissen und Depressionen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Angießen der Kokille bei Stranggießanlagen bereitzustellen, so daß beim Angießvorgang eine gleichmäßige und stabile Strangschale eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gießstartprogramm vorgeschlagen, in das die Faktoren Füllstandsänderung, Temperaturregelung der Kokille und Oszillationsbewegung eingehen. Die Füllstandsänderung in der Kokille soll vor dem Übergang von Angießvorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Abzugprozeß gering sein, bereits während des Angießvorgangs wird die Temperatur der Seitenplatten der Kokille geregelt und die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die automatisierte Stopfenbewegung nicht an einer idealen Füllstand-Zeitkurve orientieren darf. Es wird vorgeschlagen, daß sich der Angießvorgang aus drei zeitlichen Phasen zusammensetzt, wobei in einer ersten Phase der Stopfen mit einer derartigen Geschwindigkeit nach oben längs der Gießrohrachse bewegt wird, daß der Füllstand der Kokille schnell ansteigt, daß in einer zweiten Phase der Stopfen mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, so daß der Füllstand gleichmäßig stetig ansteigt, und daß in einer dritten Phase der Stopfen bis zu der anfänglichen geschlossenen Position mit konstanter Geschwindigkeit zurückgefahren wird zur kurzzeitigen Beendigung des Füllvorgangs in der Kokille und daß sich daran der kontinuierliche Gieß- und Strangabzugprozeß anschließt. Auf diese Weise wird insbesondere ein Überschwingen bzw. Unterschwingen des Füllstands im Übergang zwischen der Angießphase und der kontinuierlichen Gieß- und Abzugsphase vermieden.

Des weiteren wird im Rahmen des erfindungsgemäßen kombinatorischen Startprogramms vorgeschlagen, daß die Strangschaleneigenschaften durch geeignete Regelung der Temperatur der Kokillenplatten bereits während des Angießvorgangs beeinflußt werden. Dies ist schon durch einen reduzierten Kühlwasserdurchfluß zur Kühlung der Kokillenplatten während des Angießvorgangs möglich. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, die Kokillenplatten vor dem eigentlichen Angießvorgang vorzuwärmen und erst nach Abschluß des Angießvorgangs mit der Kühlung zu beginnen.

Gleichzeitig soll während des Angießvorgangs bereits vor dem Start des Strangabzugs die Oszillation der Kokille mit großer Hubhöhe und in dieser Phase die Zugabe von Schlackepulver einsetzen. Das Anfahren mit großer Hubhöhe und somit von Gießschlacke verbrauchenden Oszillationsparametern unterstützt eine schnelle Einförderung von Gießpulver bzw. Flüssigschlacke in den Spalt zwischen der Strangschale und den Kokillenplatten. Die Reibungsverhältnisse werden verbessert, es bildet sich auch bei schwierig vergießbaren Stählen eine gleichmäßige Strangschale aus.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen automatischen Startprogramms, das durch die Kombination der Faktoren Beeinflussung der Stopfenbewegung zur Einstellung des Füllstandes, Kokillenkühlung und Beginn der Oszillationsbewegung günstige Bedingungen schafft, wird beim Angießvorgang bereits eine dünne, anpassungsfähige Strangschale erhalten. Dies hat u.a. den Vorteil, daß nicht erst durch die Wärme der Stahlschmelze selbst die Kokillenplatten auf Betriebstemperatur gebracht werden müssen.

Zum Ablauf des Startprogramms wird der sich einstellende Füllstand in der Kokille während des Angießvorgangs gemessen. Hierzu eignen sich radiometrische Systeme oder Thermoelemente. Es sind Ultraschallsensoren denkbar, wenn ein Spritzschutz vorhanden ist. Die Temperaturmessung in der Kokille zur Regelung der Durchflußmenge des Kühlwassers ist mittels Thermoelementen möglich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung: Hierbei zeigen:

Figur 1: die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs, die sich nach dem vorgeschlagenen Verfahren ergibt, sowie während des sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleichzeitigem Strangabzug,
Figur 2: die der Figur 1 entsprechende Stopfenweg-Zeitkurve;
Figur 3: die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs sowie während des sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleichzeitigem Strangabzug bei un- bzw. niedriglegierten Stahlsorten (A-B);
Figur 4: die Füllstand-Zeitkurve bei höherlegierten Stahlsorten (C-D);
Figur 5: die sich aus den Figuren 3 und 4 durchschnittliche ergebende Füllstand-Zeitkurve;
Figur 6: Füllstand-Zeitkurven mit einem überschwingenden bzw. unterschwingenden Übergang des Füllstandes zwischen Angießvorgang und sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleichzeitigem Strangabzug;
Figur 7: Temperaturverlauf der Kokillenkühlung bzw. Geschwindigkeitsverlauf des Kühlwassers über der Zeit nach dem vorgeschlagenen Verfahren;
Figur 8: Oszillationsbewegung-Zeitverlauf nach dem vorgeschlagenen Verfahren.

Figur 1 zeigt mittels einer Füllstand-Zeitkurve 1 sowie entsprechender Stopfenbewegung 1' (Figur 2) den sich nach dem vorgeschlagenen Verfahren ablaufenden Füllvorgang, der sowohl bei leichter zu vergießenden unlegierten Stählen als auch bei höherlegierten Stählen eine gewünschte dünne und gleichwohl stabile Strangschale ergibt. Die sich ergebende Füllstandhöhe der Kurve 1 befindet sich im Zeitbereich kurz vor dem Übergang zwischen dem Angießvorgang und dem kontinuierlichen Gießprozeß mit gleichzeitigem Strangabzug oberhalb der Füllstandhöhe, die sich nach einer durchschnittlich ermittelten Füllstand-Zeitkurve 2 ergeben würde. Die entsprechende theoretische Stopfenbewegung ist mit 2' (Figur 2) gekennzeichnet. Der Übergang zwischen Gießstart und kontinuierlichem Gießvorgang ist mit 0 bezeichnet.

Diese Durchschnittskurve 2 (Figur 5) wird aus den Mittelwerten der Füllstand-Zeitkurve 3 für unlegierte oder niedriglegierte Stähle (Figur 3; Stahlsorte A-B) und den der Füllstand-Zeitkurve 4 für hochlegierte Stähle (Figur 4; Stahlsorte C-D) erhalten. Die hierzu erforderlichen Werte werden entweder mittels Thermoelementen oder mittels radiometrischen Meßsystemen aufgenommen. Da diese Idealkurve für alle Stähle A-B-C-D aufgrund einer Bewegungsbegrenzung des Stopfens in der Praxis nur ungenügend nachfahrbar ist, stellt sich ein überschwingender (Kurve 5 der Figur 6) bzw. unterschwingender (Kurve 6 der Figur 6) Füllstandsverlauf beim Übergang vom Angießvorgang zum eigentlichen Gieß- und Abziehprozeß ein, der Grund für Gießstartfehler ist. Bei dem Kurvenverlauf 5 bildet sich eine dicke Strangschale am Meniskus, bei dem Kurvenverlauf 6 wird die Schlackenkruste überflutet. Durch die vorgeschlagene Verfahrbewegung des Stopfens stellt sich die Kurve 1 (Figur 1) ein, die oberhalb der Durchschnittskurve 2 verläuft. Mit dem schraffierten Bereich und P ist der günstigste Zeitpunkt für die Zugabe des Schlackepulvers gekennzeichnet. Durch die langsame Bewegung des Stopfens in diesem Bereich (vgl. Kurve 1) wird dieser bisher kritische Vorgang für die Strangschalenbildung verbessert.

In das vorgeschlagene Gießstartprogramm soll gleichzeitig die Kokillentemperaturregelung eingehen. Ziel ist die schnellstmögliche Einstellung der Temperatur der Kokille auf die gewünschte Betriebstemperatur. Hierzu wird schon während des Angießvorgangs die Temperatur der Kokillenplatten geregelt (vgl. Figur 7). Die Seitenplatten der Kokille werden während des Gießvorgangs vorgewärmt (vgl. Kurve H₂O T°C). Während des kontinuierlichen Gießvorgangs wird der Vorwärmprozeß von einem Kühlprozeß zur Ableitung der Schmelzwärme abgelöst. Weiterhin ist während des Angießvorgangs die Geschwindigkeit des Kühlwassers v_S zur Kühlung der Seitenplatten der Kokille vermindert. Die Durchflußgeschwindigkeit v_S steigt beim kontinuierlichen Gießvorgang an. Alternativ zur Wasservorwärmung wird eine mit x bezeichnete Dampfvorheizung vorgeschlagen. Die Vorlaufwassertemperatur und die Wasserdurchflußmenge werden hinsichtlich der Dicke der Kokillenplatte korrigiert.

Als weiterer Faktor des Gießstartprogramms geht die Oszillation der Kokille ein (Figur 8), die bereits während des Angießvorgangs beginnt. Aufgrund der gewünschten Schlackeförderung wird mit einem großen Hub bei kleiner Hubfrequenz begonnen, wobei sich dieses Verhältnis beim kontinuierlichen Gießprozeß ändert.

Als eine besonders günstige Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Oszillation bei einer Füllstandshöhe beginnt unterhalb 100 mm der Füllstandshöhe, die dem Übergang (gekennzeichnet mit Null) bzw. Setpoint entspricht. Mit H ist der Hub in mm, mit H/min die Hubfrequenz bezeichnet.

Claims

Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage zum Herstellen eines Gießprodukts aus Metall, insbesondere aus Stahl, umfassend eine beim Angießvorgang bodenseitig verschlossene Kokille sowie ein Gießrohr, das in den oberen Teil der Kokille eingeführt wird, wobei die Gießrohrdurchlaßmenge und somit der Kokillenfüllstand regelbar ist mittels eines in das Gießrohr eintauchenden Stopfens, dessen gießrohrseitiges Ende einen sich kontinuierlich verkleinernden kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei vor Beginn des Angießvorgangs der Zulauf des Gießrohres mittels des Stopfens verschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Füllstandsänderung in der Kokille vor dem Übergang vom Angießvorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Strangabzugprozeß gering ist, daß während des Angießvorgangs die Temperatur der Seitenplatten der Kokille geregelt wird und daß während des Angießvorgangs die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Angießvorgang aus drei zeitlichen Phasen zusammensetzt, wobei in einer ersten Phase der Stopfen mit einer derartigen Geschwindigkeit nach oben längs der Gießrohrachse bewegt wird, daß der Füllstand der Kokille schnell ansteigt, daß in einer zweiten Phase der Stopfen mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, so daß der Füllstand gleichmäßig stetig ansteigt, und daß in einer dritten Phase der Stopfen bis zu der anfänglichen geschlossenen Position mit konstanter Geschwindigkeit zurückgefahren wird zur kurzzeitigen Beendigung des Füllvorgangs in der Kokille und daß sich daran der kontinuierliche Gieß- und Strangabzugprozeß anschließt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Angießvorgangs der Kühlwasserdurchfluß v_S zur Kühlung der Seitenplatten der Kokille gedrosselt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenplatten der Kokille während des Angießvorgangs vorgewärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oszillierende Bewegung der Kokille während des Angießvorgangs mit einer großen Hubhöhe bei kleiner Hubfrequenz durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Angießvorgangs Schlackepulver in die Kokille gegeben wird.