DE102006001196A1

DE102006001196A1 - Verfahren zum Regeln der Oszillationsbewegung einer Stranggießkokille beim Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff

Info

Publication number: DE102006001196A1
Application number: DE200610001196
Authority: DE
Inventors: Martin Klein; Axel Weyer; Dirk Dr. Letzel
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Ein zum Regeln der Oszillationsbewegung einer Stranggießkokille (1) bei Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff, wobei bei voreilender Geschwindigkeit (7) der Stranggießkokille (1), während des sog. Negativ-Strips (4) flüssiges oder festes Gießmedium (9) in den Spalt (5) zwischen der Kokillenwand (1c) und dem Gießstrang (3) eingeführt wird, kann auf einen optimalen Negativ-Strip unabhängig von der Schwingungskurve der Stranggießkokille (1) eingestellt werden, indem als Regelgröße für die voreilende Geschwindigkeit (2) der Stranggießkokille (1) zum Gießstrang (3) die Voreilungsstrecke (4c) eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Oszillationsbewegung einer Stranggießkokille beim Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff, die durch einen hydraulischen oder elektromechanischen Antrieb erzeugt wird, wobei die Hubhöhe in Abhängigkeit der Abzugsgeschwindigkeit des Gießstrangs eingestellt wird und bei voreilender Geschwindigkeit der Stranggießkokille relativ zum Gießstrang, dem sog. Negativ-Strip, flüssiges oder festes Gießmedium in den Bewegungsspalt zwischen der Kokillenwand und dem Gießstrang eingeführt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 977 642 B1 bekannt. Zur Verhinderung des Anklebens des sich durch eine dünne Strangschale bildenden Gießstrangs an den Wänden der Stranggießkokille wird durch die Oszillationsbewegung eine den Gießspiegel bedeckende Schlacke aus aufschmelzendem Gießpulver kontinuierlich in den Bewegungsspalt gesogen und bildet dadurch eine Schmierung zwischen Kokillenwand und dem Gießstrang.

Da die Schwingungsbewegung der Stranggießkokille über einen motorgetriebenen Exzenter (elektromechanisch) oder durch einen hydraulischen Antrieb erzeugt wird, ergibt sich eine zunächst sinusförmige Schwingungsbewegung, die nur durch eine Veränderung der Amplitude und der Frequenz wirkungsvoll beeinflusst werden kann. Eine solche Schwingungsbewegung setzt aber eine schnellere Abwärtsbewegung der Stranggießkokille gegenüber dem Gießstrang und eine entgegengesetzt gerichtete Aufwärtsbewegung zum Gießstrang voraus, die auf der Gießstrang-Oberfläche Spuren hinterlässt, die als Oszillationsmarken bezeichnet werden und ein Maß für die Qualität der Strangoberfläche und damit des Gießprodukts darstellen.

Insbesondere der Negativ-Strip, die Amplitude und die Frequenz der Stranggießkokille gelten als Parameter für die Oberflächen-Qualität und werden deshalb auf die Eigenschaften der zu vergießenden Schmelze und des verwendeten Gießpulvers eingestellt. Man hat den Negativ-Strip bisher in Grenzen von 15 bis 40% der gesamten Schwingungszeit als angemessenen Wert betrachtet. Dabei werden neben einer sinusförmigen Schwingungsbewegung auch nichtsinusförmige Kokillenbewegungen in Betracht gezogen, weil bei sinusförmiger Kokillenbewegung eine beliebige Kombination der Oszillationsbewegungen nicht möglich ist. Mit der nichtsinusförmigen Schwingungsbewegung wird eine Entkopplung der Oszillationsparameter angestrebt, um die Vorgänge in der Stranggießkokille gezielt zu beeinflussen.

Die Strangoberfläche soll nach Möglichkeit frei von Einschlüssen sein und Oszillationsmarken sollen nur eine geringe Tiefe aufweisen.

Eine solche Beeinflussung auf der Grundlage von nichtsinusförmigen Bewegungsabläufen ist das Ziel, die Oszillationsmarken durch einen kleinen Negativstrip weitgehend zu vermeiden. Andererseits würde, falls ein Schneiden der Strangabzugskurve durch die Geschwindigkeitskurve der Kokille in deren Steilabfall stattfindet, zu einer kurzen Zeit in der gleichen Richtung führen, womit wiederum ein langer Negativ-Strip verbunden wäre, der wegen der Bildung der Oszillationsmarken ungünstig wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Negativ-Strip auf ein Optimum zwischen einem für gering tiefe Oszillationsmarken sehr großen Abstand und einem noch tragbaren kleinen Abstand bei ebenso gering tiefen Oszillationsmarken einzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Regelgröße für die voreilende Geschwindigkeit der Stranggießkokille (im Abwärtshub) zum Gießstrang die Voreilungsstrecke eingesetzt wird, die als Distanz zwischen zwei angenommenen beabstandeten Punkten, einem Startpunkt und einem Endpunkt, auf der abwärts bewegten Stranggießkokille und zwei angenommenen auf dem in Gießrichtung bewegten Gießstrang gemessenen Punkten oder aus Messzeiten berechnet wird, wobei die Schwingungskurve als eine Sinuskurve oder als eine von einer Sinusform abweichende Schwingungskurve erzeugt wird. Dadurch kann bei verschiedenen Typen von Stranggießanlagen (Bogen-, Abbiege- Gerade- und/oder Senkrechtanlagen für Knüppel, Dünnstränge, Brammenstränge, Block-, Profilstränge, Vorprofilstränge u. dgl.) sowohl bei schnell oder langsamer schwingenden Stranggießkokillen ein Optimum an Strangoberfläche gegossen werden, das weniger tiefe Oszillationsmarken aufweist und an eine definierte Stranggießanlage leicht durch Eingabe der geeigneten Parameter angepasst werden kann. Diese Anpassung ist nicht mehr alleine auf eine Abstimmung der Parameter für Gießgeschwindigkeit, Frequenz und Kokillenhub beschränkt. Erfahrungen und verschiedene Untersuchungen an Brammenstranggießanlagen haben gezeigt, dass die Einflussfaktoren zur Reduzierung der Tiefe von Oszillationsmarken, wie bspw. eine hohe Frequenz und eine kleine Amplitude der Oszillation, in unmittelbarem Konflikt mit der Reibung zwischen der Gießstrang-Schale und der Kokillenwand stehen und eine Erhöhung des Durchbruchs-Risikos darstellen können. Ebenso übt die Menge des verwendeten Gießpulvers und dessen Viskosität im Zusammenspiel mit dem ferrostatischen Druck, der auf die dünne Gießstrang-Schale wirkt und einen Abriss des Schmierfilms zur Folge haben kann, einen Einfluss aus.

In der Praxis ist es für die Oberflächenqualität der Produkte und die Betriebssicherheit wichtig, dass die beschriebenen Parameter in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen. Wie die Parameter einzustellen sind, muss für jeden Stranggießanlagen-Typ und für jede Stahlwerkstoff-Sorte erprobt und optimiert werden, wobei bereits kleinere Abweichungen von den Sollwerten (bspw. Frequenz oder Amplitude) zu beachtlichen Änderungen in der Qualität der Gießstrang-Oberfläche führen können. Es wäre jedoch unwirtschaftlich und hinsichtlich des Zeit- und Kostenaufwandes unvertretbar, für jeden Anlagentyp jedes Mal Versuche durchzuführen und die Parameter festzulegen.

Nach einer Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung ist eine Zusammenfassung aller Parameter in einem Bereich für alle Stranggießanlagen-Typen, Formen der Schwingungskurve, Gießwerkstoffe in einem Korrekturwert dergestalt vorgesehen, dass die Regelgröße als Voreilungsstrecke des Negativ-Strips nach folgender Formel berechnet wird:

worin bedeuten:

λ: = Voreilungsstrecke (4c) in [mm]
S: = Kokillen-Hubhöhe (6) in [mm]
k: = Voreilungsfaktor [--]
ν: = Gießgeschwindigkeit (8) [m/min]
f: = Oszillationsfrequenz [1/min]

Der jeweils höhere Wert λ wird für schwere und breite Gießstränge und der niedrigere Wert für mittlere oder kleinere Gewichte des Gießstrangs angewendet.

Nach gefundenen Erfahrungswerten wird die Voreilungsstrecke auf ca. 20 bis 35 % einer vollen Zykluszeit der jeweiligen Schwingungskurve eingestellt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Prinzip und in Diagrammen dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer aufgeschnittenen Stranggießkokille mit Schmalseitenplatten und Gießstrang,
2 dieselbe Darstellung wie 1, wobei sich die Stranggießkokille am Ende der maximalen Voreilungsstrecke befindet und
3 ein Diagramm als Beispiel für eine Schwingungskurve der Stranggießkokille in Sinus-Form mit der Gießgeschwindigkeit über der Zeit.
Eine Stranggießkokille 1 besteht in ihrer Ausführungsform für Knüppel-, Block-, Profil-Vorprofil, Brammen- oder Dünnstrang-Gießstränge aus zwei Breitseitenplatten 1a, die Strangbreite durch ihren Abstand definierenden Schmalseitenplatten 1b – jeweils aus einer Kupferlegierung –, wobei die Kokillenwand 1c mit dem flüssigen Stahlwerkstoff in Kontakt tritt und von außen gekühlt die Wärme abführt. Dadurch entsteht unterhalb des Gießspiegels (1) zunächst eine dünne Strangschale 3a, die den künftigen Gießstrang 3 stützt. Da die Stranggießkokille 1 in ihrer Abwärtsbewegung gemäß der in 3 dargestellten Oszillationskurve mit einer voreilenden Geschwindigkeit 2 bewegt wird, tritt der sog. Negativ-Strip 4 ein, der an einem Startpunkt 4a beginnt, in dem die Stranggießkokille 1 und der Gießstrang 3 noch gleich schnell sind. Dabei wird durch die höhere Geschwindigkeit 7 der Stranggießkokille 1 bis zum Ende der Hubhöhe 6 eine Voreilung 4b mit einer Voreilungsstrecke 4c bis zum Ende der Hubhöhe 6 zurückgelegt. In dieser Zeit kann das kontinuierlich auf den Gießspiegel aufgebrachte Gießmedium 9 (wie bspw. Gießpulver) schmelzen und wird aufgrund der Abwärtsbewegung in einen Spalt 5 eingeführt. Die vorgegebene Stranggießanlage, der Kokillenhub, die Gießgeschwindigkeit, die der Abzugsgeschwindigkeit 8 des Gießstrangs 3 entspricht, die Oszillationsfrequenz der Stranggießkokille und weitere beschriebene Parameter bestimmen die Voreilungsstrecke 4c, die bestimmt wird nach der Formel
worin bedeuten:

Diese Voreilungstrecke 4c kann in der Praxis auf ca. 20 bis 35% einer vollen Zykluszeit (100%) eingestellt werden. Aufgrund der durchgeführten Versuche liegt der Berechnung der Voreilungsstrecke 4c eine Voreilung von ± 0–16 mm zugrunde. Der Voreilungsfaktor k liegt abhängig vom Anlagentyp bei 30–160 mm. Am Ende der Negativ-Strip-Zeit kann die sich ergebende Distanz zwischen dem Startpunkt 4a und dem Endpunkt 4d an den Messgeräten abgelesen oder durch Eingaben in die Steuerung der Stranggießanlage über den Rechner berechnet werden.
In 3 ist beispielhaft in einem Diagramm, das den Geschwindigkeitsverlauf als Geschwindigkeit 7 über der Zeit zeigt, eine Sinuskurve 10 gezeigt. In einem schraffierten Flächenbereich 11 unterhalb der Abzugsgeschwindigkeit 8 des Gießstrangs ist die Negativ-Strip-Zeit erkennbar. Die Hubhöhe 6 entspricht der eingestellten Amplitude.

1: Stranggießkokille
1a: Breitseitenplatte
1b: Schmalseitenplatte
1c: Kokillenwand
2: voreilende Geschwindigkeit
3: Gießstrang
3a: Strangschale
4: Negativ-Strip
4a: Startpunkt
4b: Voreilung am Ende des Negativ-Strips
4c: Voreilungsstrecke des Negativ-Strips
4d: Endpunkt
5: Bewegungsspalt für Gießmedium (Gießpulver)
6: Hubhöhe
7: Geschwindigkeit der Kokille
8: Abzugsgeschwindigkeit des Gießstrangs
9: Gießmedium (Gießpulver)
10: Sinuskurve
11: Flächenbereich
12: Höhe einer Fläche der Negativ-Strip-Zeit

Claims

Verfahren zum Regeln der Oszillationsbewegung einer Stranggießkokille (1) beim Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff, die durch einen hydraulischen oder elektromechanischen Antrieb erzeugt wird, wobei die Hubhöhe (6) in Abhängigkeit der Abzugsgeschwindigkeit (8) des Gießstrangs (3) eingestellt wird und bei voreilender Geschwindigkeit (7) der Stranggießkokille (1) relativ zum Gießstrang (3), dem sog. Negativ-Strip (4), flüssiges oder festes Gießmedium (9) in den Bewegungsspalt (5) zwischen der Kokillenwand (1c) und dem Gießstrang (3) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße (λ) für die voreilende Geschwindigkeit (2) der Stranggießkokille (1) zum Gießstrang (3) die Voreilungsstrecke (4c) eingesetzt wird, die als Distanz zwischen zwei angenommenen beabstandeten Punkten, einem Startpunkt (4a) und einem Endpunkt (4d), auf der abwärts bewegten Stranggießkokille (1) und zwei angenommenen auf dem in Gießrichtung bewegten Gießstrang (3) gemessenen Punkten oder aus Messzeiten berechnet wird, wobei die Schwingungskurve als eine Sinuskurve (10) oder als eine von einer Sinusform abweichende Schwingungskurve erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße (λ) als Voreilungsstrecke (4c) des Negativ-Strips (4) nach folgender Formel berechnet wird:
worin bedeuten: λ = Voreilungsstrecke (4c) in [mm] S = Kokillen-Hubhöhe (6) in [mm] k = Voreilungsfaktor [--] ν = Gießgeschwindigkeit (8) [m/min] f = Oszillationsfrequenz [1/min]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreilungsstrecke (4c) auf ca. 20 bis 35 % einer vollen Zykluszeit (100%) eingestellt wird.