EP1070560A1 - Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflussgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten - Google Patents
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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
- B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
Definitions
- the invention relates to a method for regulating the cooling water flow rate due to wide mold sides from the start of casting to reaching a target casting speed.
- exothermic casting powders are often used, which form a sufficient liquid phase in a short time to ensure a lubricating film for the start of casting.
- a steep increase in the heat flow density q [MW / m 2 ] of the mold cycles is observed, which is due to an excessively thin casting powder lubricating film in the meniscus area of the mold.
- the heat flow density q differs depending on the steel analysis and the casting powder used.
- Basic casting powder, base grade B> 1 is used in particular for crack-sensitive HSLA medium carbon steels, which reduce the heat transfer through the casting powder slag via a porous-crystalline partial layer on the copper side. This limits the material-specific heat flow density q of crack-sensitive steels.
- the calculation of the base degree of casting powder is well known from the literature.
- a plate mold for slabs is known, the mold walls Have cooling chambers that include limited cooling areas.
- a breakthrough early detection with satisfactory accuracy is solely due to the measurement the heat flows in the mold are not possible.
- EP 0 238 844 A1 discloses a method for casting on Steel strip caster.
- the steel strip caster is equipped with a chilled mold Narrow side walls and wide side walls equipped.
- the mold points to Recording of a pouring tube above a format-determining parallel section in the area of the broad side walls, a pouring area that is extended upwards on. This results in a short casting time without the tape getting stuck achieved that the height of the casting mirror is traced that the Strip deduction between the filling of the format-determining parallel section of the Mold and covering the pouring tube outlet openings is started and up to Reaching the target mold level increased to a minimum take-off speed in which the bottom of the pouring sump below the Parallel section remains.
- the object of the invention based on a mold cooling water regulation of the mold broadsides during the To specify casting starts with which an effective reduction of longitudinal crack infestation the starting slab is reached during a controlled pouring start, and which becomes the Execution as part of an automatic sprue program without problems is suitable.
- the object is achieved in a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 with the invention in that the cooling water flow rate is adapted from an initially predetermined speed in accordance with a change in the heat flow density, such that when the heat flow density rises above the critical heat flow density "(q crit) the cooling water flow rate V mold , which can vary depending on the steel quality, is first reduced until the heat flow density q settles as a result of a restart of the cooling water flow rate at a desired heat flow density the invention that known from the literature critical heat flow density "(q crit) can be avoided.
- the method according to the invention for regulating the flow rate V mold of the mold cooling water takes into account the determination of the critical heat flow density q crit as a function of the steel quality and the casting powder used.
- One embodiment of the method provides that the flow rate of the cooling water (V mold ) through the mold is integrally reduced until the increase in the heat flow density below the "critical heat flow density increase (q crit) of 0.02 to 0.1 [MW / m 2 sec], preferably below a value of 0.05 MW / m 2 sec].
- the method according to the invention is further supported in that to support the rapid build-up of a casting powder lubrication film at the start of sprue preferably exothermic casting powder can be used.
- the inventive method also leads to reproducible, safe Results if it is based on an overheating temperature in the Tundish between T Liquidus + 25 and + 40 ° C before starting the sprue becomes.
- Figure 3 shows the result of the invention: If the heat flow densities q of the mold broad sides rise disproportionately above the calculated theoretical specific heat dissipation after the automatic casting start, the flow rate V mold of the mold broad sides is integrally reduced until the increase in the heat flow densities dq below that of the critical heat flow density increase of 0.05 MW / m 2 / sec. Simultaneously with the flattening of the heat flow density increase dq, the flow rate V mold is increased depending on the copper plate thickness to the desired flow rate.
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen
einer Soll-Gießgeschwindigkeit. Hierzu wird die Durchflußgeschwindigkeit
des Kühlwassers von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe
einer vorzugsweise online-meßbaren Änderung der Wärmestromdichte dieser
integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen
einer Soll-Gießgeschwindigkeit.
Zwischen der zur Wärmeabfuhr aus Platten einer Kokille erforderlichen Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
und der sich dabei einstellenden Wärmestromdichte
besteht ein unmittelbarer Zusammenhang.
Insbesondere beeinflußt die Kühlwassergeschwindigkeit und damit der Wärmetransport
aus den Platten die Temperatur der dem Schmelzbad zugewandten
Plattenoberflächen, von welchen wiederum die Ausbildung eines genügend wirksamen
Schmierfilms aus einem aufzuschmelzenden Schmiermittelpulver zwischen
Kokillenplatte und Strangschale abhängt.
Weitere Einflußgrößen sind hierbei die Plattendicke, die Gießgeschwindigkeit sowie
die Temperatur der Schmelze im Tundish oberhalb der Überhitzungstemperatur
T liquidus. Die Höhe der Wärmestromdichten beeinflußt zudem die Tendenz
zur Bildung von Fehlern in der Strangschale, beispielsweise von Längsrissen an
der Strangschalenoberfläche, wie dies in der Publikation MPT International
3/1997, Vol. 20, Seite 64/76 (Verlag Stahleisen Düsseldorf) beschrieben ist.
Zur Unterstützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms werden
vielfach exotherme Gießpulver eingesetzt, die in kurzer Zeit genügend Flüssigphase
bilden, um einen Schmierfilm für den Gießstart zu gewährleisten. Während
des dann folgenden Übergangs von exothermen Angießpulvern zu granulierten
Gießpulvern wird jedoch ein steiler Anstieg der Wärmestromdichte q [MW/m2] der
Kokillenkreisläufe beobachtet, der auf einen zu dünnen Gießpulverschmierfilm im
Meniskusbereich der Kokille zurückzuführen ist.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass die Wärmestromdichte q in Abhängigkeit
der Stahlanalyse und des verwendeten Gießpulvers differiert. Insbesondere
werden für rissempfindliche HSLA- Medium Carbon-Stähle basische
Gießpulver, Basengrad B > 1, eingesetzt, die den Wärmedurchgang durch die
Gießpulverschlacke über eine porös-kristalline Teilschicht kupferseitig herabsetzen.
Damit wird die werkstoffspezifische Wärmestromdichte q rissempfindlicher
Stähle begrenzt.
Die Berechnung des Basengrades von Gießpulvern ist aus der Literatur hinreichend bekannt.
Die Berechnung des Basengrades von Gießpulvern ist aus der Literatur hinreichend bekannt.
Versuche mit unterschiedlichen Kühlwassermengen haben gezeigt, daß die Kühlwassermenge
und damit zusammenhängend die Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
VKokille einen deutlichen Einfluß auf die Tendenz zur Bildung von
Längsrissen in den Startbrammen haben. Beispielsweise kann oberhalb der erkannten
kritischen Wärmestromdichte - q krit" und insbesondere in Funktion der
Gießgeschwindigkeit eine lokale Schädigung des Strangschalenwachstums aufgrund
eines zu dünnen Schmierfilms bzw. eines lokal unterbrochenen Gießpulverschmierfilms
im Meniskusbereich zu Längsdepressionen führen, die bei Überschreitung
der werkstoffspezifischen Hochtemperaturzähigkeitsgrenze anschließend
zu Längsrissen aufreißen können.
Über online angezeigte Wärmestromdichten der Kokillen-Breitseitenkreisläufe läßt
sich der Zeitpunkt des Übergangs in den Bereich der kritischen Wärmestromdichte
bestimmen bzw. überwachen.
Durch eine zeitabhängige integrative Regelung der Kokillenwasser-Durchflußgeschwindigkeit
in Abhängigkeit der gemessenen Wärmestromdichten
wird der Wärmedurchgangskoeffizient α (Alpha) durch die Kokillenwand reduziert,
was einen kurzfristigen Temperaturanstieg an der Kontaktoberfläche der Kupfer-Plattenwand
stahlseitig zur Folge hat.
Es sind Systeme bekannt, bei denen mittels in der Kokillenwand eingelassener
Thermoelemente die Temperaturänderung und Temperaturverteilung über die
Gießzeit beobachtet und über Differenzwertbildung eine Durchbruchsicherung
aufgebaut wird.
Aus dem Dokument DE 41 17 073 C2 ist es bekannt, mit Hilfe einer kalorimetrischen
Messung an einer Brammenkokille den integralen und spezifischen Wärmetransport
an jeder einzelnen Kupferplatte zu bestimmen. Ein Vergleich der spezifischen
Wärmeströme von der dem Stahl zugewandten Kupferplattenseite, speziell
der Schmalseiten mit denen der zwei Breitseiten, ermöglicht die Regelung der
Schmalseitenkonizität unabhängig von den im einzelnen gewählten Gießparametern.
Die bekannte Vorrichtung eignet sich nicht für eine sichere Früherkennung
einer akuten Durchbruchgefahr.
Aus der DE 24 15 224 C3 ist eine Plattenkokille für Brammen bekannt, deren Kokillenwände
Kühlkammern besitzen, die begrenzte Kühlbereiche umfassen. An die
Wasserzu- und -abflußleitungen der Breitseiten sind Meßglieder zur Bestimmung
der abgeführten Wärmemenge bzw. der Kühlleistung angeschlossen. Weiterhin
wird in den Meßgliedern gleichzeitig ein Durchschnittsschwert der Kühlleistung der
Kühlkammern gebildet, welcher einem Durchschnittsbildner zugeleitet wird, mit
dem die Konizität der Schmalseiten gesteuert werden kann. Eine Durchbruchfrüherkennung
mit zufriedenstellender Genauigkeit ist allein aufgrund der Messung
der Wärmeströme in der Kokille jedoch nicht möglich.
Aus einer Reihe von Schriften, bspw. DE-OS 15 08 966, DAS 23 19 323, DE-PS
23 20 277, DE-PS 24 40 273 und DE 34 23 475 C2 ist es bekannt, die Strangschalendicke
über Messungen der Kokillenwandtemperatur oder der aus der Kokille
abgeführten Wärmemenge zu steuern.
Allen diesen bekannten Methoden ist gemeinsam, daß die Kokille bzw. die gesamte
Anlage nach Meßwerten im Vergleich zu vorgegebenen Soll-Werten gesteuert
wird, wobei jedoch offen ist, inwieweit die vorgegebenen Soll-Werte den
tatsächlichen Gegebenheiten oder Erfordernissen Rechnung tragen.
Aus der DE 197 14 217 A1 ist es bekannt, daß bei einem Verfahren zum Metallstranggießen,
insbesondere zum Herstellen von Stahl-Dünnbrammen bei dem zur
Schlackenbildung auf den Badspiegel der Kokille ein Gießpulver aufgegeben wird,
eine fehlerfreie Produktion mit erheblich geringerer Gefahr von Längsrissen erreicht
wird, wenn das Gießpulver vor dem Aufgeben mit Energie derart angereichert
wird, daß durch exotherme Reaktionen zusätzliche Energie im Bereich der
freien Badoberfläche wirksam wird. Ein hierzu geeignetes Gießpulver setzt sich
aus CaSi und einem als Sauerstofflieferant dienenden Metalloxid und/oder Luft
zusammen.
Und schließlich offenbart die EP 0 238 844 A1 ein Verfahren zum Angießen einer
Stahlbandgießanlage. Die Stahlbandgießanlage ist mit einer Kokille mit gekühlten
Schmalseitenwänden und Breitseitenwänden ausgerüstet. Die Kokille weist zur
Aufnahme eines Gießrohres oberhalb eines formatbestimmenden Parallelabschnittes
im Bereich der Breitseitenwände einen nach oben erweiterten Eingießbereich
auf. Eine kurze Angießzeit ohne ein Steckenbleiben des Bandes wird dadurch
erreicht, daß die Höhenlage des Gießspiegels wegverfolgt wird, daß der
Bandabzug zwischen Auffüllung des formatbestimmenden Parallelabschnittes der
Kokille und Bedecken der Gießrohraustrittsöffnungen gestartet wird und bis zur
Erreichung der Soll-Gießspiegelhöhe auf eine Mindestabzugsgeschwindigkeit erhöht
wird, bei welcher das Gießsumpfende unterhalb des formatbestimmenden
Parallelabschnittes bleibt.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Kokillenkühlwasserregelung der Kokillenbreitseiten während des
Gießstarts anzugeben, mit der eine wirksame Reduzierung des Längsrißbefalles
der Startbrammen bei einem geregelten Gießstart erreicht wird, und die sich zur
Durchführung im Rahmen eines automatischen Angießprogrammes ohne Probleme
eignet.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch
1 genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach
Maßgabe einer Änderung der Wärmestromdichte dieser integral derart angepaßt
wird, daß bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die kritische Wärmestromdichte"
(q krit) die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit VKokille, die je nach
Stahlqualität unterschiedlich sein kann, zunächst abgesenkt wird, bis sich die
Wärmestromdichte q infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit
bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt. Mit großem
Vorteil kann durch das Verfahren nach der Erfindung die aus der Literatur bekannte
kritische Wärmestromdichte" (q krit) vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit
VKokille des Kokillenkühlwassers berücksichtigt die Bestimmung der kritischen
Wärmestromdichte q krit in Abhängigkeit von der Stahlqualität und der verwendeten
Gießpulver.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Durchflußgeschwindigkeit
des Kühlwassers (VKokille ) durch die Kokille integrativ derart abgesenkt wird, bis
der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der "kritischen Wärmestromdichteerhöhung
(q krit) von 0,02 bis 0,1 [MW/m2 sec], vorzugsweise unterhalb eines
Wertes von 0,05 MW/m2 sec] liegt.
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zeitgleich mit dem Abflachen
der Wärmestromdichteerhöhung dq die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers
in Abhängigkeit von der Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll-Durchflußgeschwindigkeit
angehoben wird.
Eine Unterstützung erfährt das Verfahren nach der Erfindung weiter dadurch, daß
zu der Stützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms bei Angießbeginn
bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden.
Und weiterhin ist im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der Erfindung entsprechend
einer weiteren Einflußgröße hilfreich, daß die Regelung der Kokillen-Wasserkreisläufe
nach Maßgabe der Dicke der Kupferplatten eingestellt wird.
Dabei kann von der an sich bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß
die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe der
Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
Insbesondere sind die vorgenannten Einflußgrößen für die Berücksichtigung eines
Startprogrammes von Bedeutung, wenn das Verfahren beim Gießstart mit Hilfe
eines automatischen Angießprogramms durchgeführt werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt weiterhin zu reproduzierbaren, sicheren
Ergebnissen, wenn es unter Zugrundelegung einer Überhitzungstemperatur im
Tundish vor Angießbeginn zwischen T Liquidus + 25 und + 40 °C vorgenommen
wird.
Und schließlich kann beim Verfahren nach der Erfindung von der Maßnahme Gebrauch
gemacht sein, daß die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit (VKokille) unter
hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflächenqualität des
Gußstranges zusätzlich korrigiert wird. Eine derartige Beobachtung kann durch
eine elektronische Kamera mit Bildübertragung zur Hauptsteuerbühne der Stranggießanlage
problemlos durchgeführt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Diagrammen (Figur 1 bis 3) des Verlaufs
der Wärmestromdichte sowie der Gießgeschwindigkeit und der Durchflußgeschwindigkeit
des Kühlmediums beim automatischen Angießvorgang mit konstanter
Kokillendurchflußmenge und im Vergleich hierzu mit integrativer Änderung
der KokillenDurchflußgeschwindigkeit während des Gießstarts nach der Erfindung
gezeigt.
In Figur 1 bedeutet Ziff. 1 den Gießstart, Ziffer 2 die während des Gießstarts linear
ansteigende Gießgeschwindigkeit [m/min]. In Figur 2 bedeutet Ziff. 3 die Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit
[m/sec] und Ziff. 4 die Wärmestromdichte q =
[MW/m2]. Dabei zeigt Fig. 2 in Abhängigkeit der im Gießstart ansteigenden Gießgeschwindigkeit
den steilen Anstieg der Wärmestromdichte dq =[MW/m2 sec] mit
einem ausgeprägten Maximum und anschließender Dämpfung der Verlaufskurve
(4). Figur 3 zeigt das Ergebnis der Erfindung: Steigen die Wärmestromdichten q
der Kokillenbreitseiten oberhalb der errechneten theoretischen spezifischen Wärmeabfuhr
nach automatischem Gießstart überproportional an, so wird die Durchflußgeschwindigkeit
VKokille der Kokillen-Breitseiten integrativ abgesenkt, bis der
Anstieg der Wärmestromdichten dq unterhalb der der kritischen Wärmestromdichteerhöhung
von 0,05 MW/m2 /sec liegt. Zeitgleich mit dem Abflachen der
Wärmestromdichteerhöhung dq wird die Durchflußgeschwindigkeit VKokille in Abhängigkeit
der Kupferplattendicke auf die Soll-Durchflußmenge angehoben.
Hierdurch wird der Steilanstieg der Wärmestromdichte, gemessen in MW/m2 ,
oberhalb der empirisch gemessenen kritischen Wärmestromdichteerhöhung während
der Beschleunigungsphase der Gießgeschwindigkeit auf Soll-Gießgeschwindigkeit
abgefangen.
Claims (10)
- Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit VKokille durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen einer Soll-Gießgeschwindigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer Änderung der Wärmestromdichte dieser integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über diekritische Wärmestromdichte" (q krit) abgesenkt wird, bis sich die Wärmestromdichte infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers integrativ derart abgesenkt wird, bis der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zeitgleich mit dem Abflachen der Wärmestromdichteerhöhung [MW/m2 sec] die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers in Abhängigkeit von der Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll-Durchflußgeschwindigkeit angehoben wird. - Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Unterstützung eines raschen Aufbaus eines Gießpulverschmierfilms bei Angießbeginn bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung der Kokillen-Wasserkreisläufe nach Maßgabe der Dicke der Kupferplatten eingestellt wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießstart mit Hilfe eines automatischen Angießprogramms durchgeführt wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Überhitzungstemperatur im Tundish vor Angießbeginn zwischen T liquidus + 25 und + 40 °C eingestellt wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflächenqualität des Gußstranges die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers, ggf. mit weiteren Gießparametern, zusätzlich korrigiert wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeit VKokille des Kokillenkühlwassers die Bestimmung der kritische Wärmestromdichte q krit in Abhängigkeit der Stahlqualität und des verwendeten Gießpulvers berücksichtigt wird.
Applications Claiming Priority (4)
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP00114719A Expired - Lifetime EP1070560B1 (de) | 1999-07-17 | 2000-07-08 | Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflussgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1070560B1 (de) |
| AT (1) | ATE283744T1 (de) |
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