DE1960671A1

DE1960671A1 - Verfahren zum Kuehlen von aus einer Durchlaufkokille austretendem Stranggut und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1960671A1
Application number: DE19691960671
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Bollig; Rolf Haselhuhn; Dipl-Ing Linckh Hans Peter; Kristof Dr-Ing Troemel
Original assignee: Schloemann AG
Current assignee: Schloemann AG
Priority date: 1969-12-03
Filing date: 1969-12-03
Publication date: 1971-06-09
Also published as: FR2070724A1; AT300238B; BE759738A

Description

PATENTANWALT 4 DÖSSELDORF-BENRATH 25. NOV. 1969 DlPL-ING. ULRICH PLOGER ϊίΓ^ί.^Γ"*⁸*"'" "

ICLcrUN 713*34

REG.NR.S 2160 1

Schloemann Aktiengesellschaft ^ Düsseldorf Steinstr. 13

Verfahren zum Kühlen von aus einer Durchlaufkokille austretendem Stranggut und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von aus einer Durchlaufkokille austretendem Stranggut, wobei die die Strangoberfläche beaufschlagende Kühlwassermenge einstellbar ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist üblich, die Kühlwassermengen in den einzelnen Zonen der sogenannten Sekundärkühlstrecke, die sich an die Durchlaufkokille anschließt, unterschiedlich einzustellen, so daß sich eine etwa gleichmäßige Strangoberflächentemperatur während des Erstarrungsvorganges ergibt. Die hierbei in den einzelnen Zonen der Sekundärkühlstrecke aufgegebenen Wassermengen werden um so geringer, je weiter die jeweilige Zone von der Kokille entfernt ist, da die Stranghautdicke mit größer werdendem Abstand von der Kokille wächst, wodurch gÜchfalls auch der Wärmeduchgangswiderstand ansteigt. Letzterer beeinflußt den gesamten Erstarrungsvorgang in zunehmendem Haße, so daß es wenig sinnvoll ist, die Kühlwasser- mengen über einen bestimmten Wert zu steigern. Da aber eine Anpassung der Kühlwassermengen in den einzelnen Zonen an den dort jeweils erforderlichen, unterschiedlichen Wärmeentzug nicht möglich ist, muß man, ausgehend von Erfahrungswert es.,

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die Kühlwasserbeaufschlagung stets höher als erforderlich wählen, um das angestrebte Ergebnis auch mit Sicherheit . zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend beschriebenen Art und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, wodurch es ermöglicht wird, das Stranggut in den einzelnen Zonen praktisch genau in dem Umfang zu kühlen, wie es der Zunahme des Wärmedurchgangswiderstandes durch die Stranghaut bei zunehmender Erstarrung entspricht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zu Beginn jeweils mindestens eines Gießvorganges Sollwerte der Kühlwassersnenge in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Stranggutes, des Querschnittes und der Erstarrungszeit eingestellt werden, aus denen während des Gießens in Abhängigkeit vom augenblicklichen Integralwert der Gießgeschwindigkeit während des Weges des Stranges von der Schmelzenoberflache bis zur jeweiligen Kühlzone ein zu der jeweiligen Kühlzone in der Weise passender Sollwert, ausgewählt und für die Kühlwassersteuerung verwendet wird, daß die Strangoberflächentemperatur vorbestimmbar bleibt. Die einzustellenden Sollwerte der Kühlwassrmenge ergeben sich Vorschlagsgemäß u.a. aus der Erstarrungszeit. Darunter ist diejenige Zeit zu verstehen, die sich bei einer mittleren Strangabsenkgeschwindigkeit als Laufzeit des Stranges von der Schmelzenoberfläche bis zur jeweiligen Kühlzone ergibt. Man kann die genannten Sollwerte zweckmäßig einer am Ende der Beschreibung dargestellten Funktion in Abhängigkeit von der Erstarrungszeit entnehmen, wobei der Querschnitt und die Zusammensetzung des Stranggutes als Parameter berücksichtigt werden« ^!

Auf diese Weise gelingt es, die Kühlwassermenge bei Vorgabe einer bestimmten Stranggutoberflächentemperatur sehr genau auf die in der jeweiligen Kühlzone bestehende Stranghautdicke

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einzustellen. Dabei ist berücksichtigt, daß die Stranghautdicke etwa proportional zur Wurzel aus der Zeit zunimmt. Die vorbestimmbare Temperatur ist vorzugsweise örtlich über die Zeit konstant, doch kann auch zeitlich über den Ort eine Konstante oder ein bestimmter Verlauf vorgegeben werden.

Die Auswahl eines der Sollwerte nach Maßgabe des augenblicklichen Integralwertes der Gießgeschwindigkeit während des Weges hat den weiteren Vorteil, daß sich besonders einfache Prozessrechner verwenden lassen, weil hierbei von stetigen Funktionen ausgegangen werden kann. Wenn man einen korrigierten Sollwert der Kühlwassermenge in anderer Weise bilden würde, so würde dies für einen Prozessrechner erheblich aufwendiger werden, weil dann von unstetigen Funktionen ausgegangen werden müßte.

Vorteilhaft werden der bzw. die Sollwerte lediglich für die erste Kühlzone bzw. die ersten Kühlzonen ausgewählt. Dies ist häufig deshalb bereits ausreichend, weil die Auswirkungen einer unterschiedlichen Gießgeschwindigkeit im Anschluß an die erfindungsgemäß durchgeführte Kühlung, also bei den späteren Kühlzonen, zunehmend geringer werden.

Insbesondere hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß somit einer veränderlichen Gießgeschwindigkeit Rechnung getragen werden kann. Die Berücksichtigung des Integralwertes bzw, des Summenwertes der Gießgeschwindigkeit gewährleistet dabei, daß sämtliche Veränderungen der Gießgeschwindigkeit in der Zeit, in der sich das Stranggut auf dem Wege zwischen der Schmelzenoberfläche in der Kokille und der Beaufschlagungsstelle mit dem Kühlmittel befindet, durch eine entsprechende Beaufschlagung mit dem Kühln:..ttel Berücksichtigung finden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden die genannten Sollwerte außerdem etwa proportional zur Gießtemperatur verändert. Dadurch kann man gleichfalls die sich während

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des Gießens normalerweise absenkende Gießtemperatur berücksichtigen, so daß die Kühlwassermenge auch aufgrund dieses Einflusses auf die Stranghautdicke weder zu groß noch zu klein wird.

Der weiteren Anpassung der Kühlwassermenge an die Strangoberflächentemperatur im Beaufschlagungsbereich mit dem Kühlmittel dient eine Messung der Strangoberflächentemperatur, deren Wert einer Vergleichsschaltung eingespeist wird, die bei Abweichung der Strangoberflächentemperatur von einem Vorgabewert eine den Sollwert verändernde, elektrische Größe abgibt. Diese Rückführung der Regelgröße auf den Sollwert ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens deshalb besonders sinnvoll, weil dadurch die Amplitudenwerte der Regelkreisschwingung sehr gering gehalten werden können.

Der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient ein Prozessrechner, der mit Eingängen für sämtliche den Sollwert verändernden Einflußwerten versehen ist, und dessen Ausgang der Sollwert oder die Sollwerte für mehrere Kühlzonen sind, wobei der Prozessrechner über einen Verstärker mit einem Stellglied und einem Wasserventil verbunden ist. Zweckmäßig ist dabei einem Wassermengenregelkreis ein Temperaturregelkreis überlagert, der überwachend für die nach den vorbeschriebenen Vorschlägen eingestellten Wassermengen arbeitet. Der Rechner weist also

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insbesondere Eingänge für die Gießgeschwindigkeit, die Gießtemperatur und die Temperatur der Strangoberflache, weiterhin jedoch auch Eingänge für das Querschnittsformat, die chemische Zusammensetzung der Legierung, die durch Zunder-Schlacke- und Dampfschicht bedingte Stöhrfunktion, die für die Kühlung wirksame, im Bereich des noch flüssigen Materials befindliche Strangoberfläche, die empirisch festliegende Abkühlungsfunktion und die Funktion des spezifischen Was8erbedarfs, der in Abhängigkeit von der Zeit besteht .

Im einzelnen ist zu den genannten Einflußwerten folgendes festzustellen.

Der spezifische Wasserbedarf ergibt sich als eine Funktion der Zeit. Je nach Gießgeschwindigkeit verläßt nämlich ein bestirntes Strangstück die Kokille früher oder später. Dies hat zur Folge, daß die Erstarrungsfunktion in der Kühlkammer ■it einer entsprechenden Zeitverschiebung angesetzt werden ftuA. Da aber die Differenzen im praktischen Arbeitsbereich klein sind} kann man als Mittelwert vereinfachend die Funktion der Giefgeschwindigkeit 1 Meter/Minute annehmen.

Als für die Kühlung wirksame Oberfläche wird die Strang- oberfltche angesehen, die sich im Bereich des noch flüssigen Materials befindet. Zur Ermittlung dieser Oberflächengröße ■uA danach die Dicke der erstarrten Strangschale berücksichtigt werden. Je nach Giefcgeschwindigkeit ergibt sich eine jeweils unterschiedliche Schalendicke in den einzelnen Zonen der Kühlung. Für den praktischen Arbeitsbereich kann als Mittelwert die Strangschalendicke entsprechend einer Gießgeschwindigkeit von Im/ «in. gewählt werden. Hiermit und mit der Lange der jeweiligen Zone läßt sich sodann eine Oberflächen- formel für jede Zone aufstellen.

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Für jede Zone wird ein Sollwert der Grundwassermenge eingestellt, der sich im einzelnen, wie nachstehend beschrieben, zusammensetzt aus:

dem auf die Fläche bezogenen, spezifischen Wasserbedarf. Als Betriebspunkt für die Ermittlung des spezifischen Wasserbedarfes wird vereinfachend die Mitte der jeweiligen Zone angenommen. Mit der Oberflächenformel und dem spezifischen Wasserbedarf kann der fläcfoenmäßige Wasserbedarf für die gesamte Fläche berechnet werden. Die Wasserverteilung erfolgt durch einstellbare Handschieber und durch entsprechende Düsenbestückung oder dergleichen;

der Stahl- bzw. Werkstoffzusammensetzung.Je nach eingesetztem Material wird der flächenmäßige Wasserbedarf mit einem vom Material abhängigen Faktor multipliziert;

den Störunge^unktionen. Störend wirken auf die Abkühlung die isolierenden Zunder- bzw. Schlackenschichten, die in jeder Zone verschieden stark zur Wirkung gelangen. Die hierfür erforderliche Änderung der Grundwassermenge in den einzelnen Zonen wird versuchsmäßig ermittelt.

Die eich in Abhängigkeit von der Kühlwassermenge bildende Dampfschicht wirkt je nach anstehendem Wasserdruck ebenfalls isolierend. Ihr Einfluß läßt sich gleidifalls versuchsmäßig ermitteln·

Der SOftit vorgegebene Sollwert erfährt nun in der beschriebenen Weise weitere Änderungen, die von der Gießgeschwindigkeit und von der Gießtemperatur aphängen. Die letztgenannten Einflußwerte sind nämlich auch während eines Gießvorganges erheblichen Änderungen unterworfen. In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Weise gelingt deren Berücksichtigung derart,

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daß den durch insbesondere während des Gießens wechselnde Gießgeschwindiglceit bestehenden, unterschiedlichen Erstarrungsbedingungen des Stranges bis zur jeweiligen Kühlzone Rechnung getragen wird.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.

Man erkennt den Rechner 1, der mit mehreren Eingängen für die erwähnten Einflußwerte vorgesehen ist und insbesondere einen Eingang 2 für die Gießgeschwindigkeit und einen weiteren Eingang für die Gießtemperatur 3 besitzt. Außerdem ist ein Eingang U vorgesehen, Ober den die gemessene Strangoberflächentemperatur zurückgeführt wird. Letztere braucht nicht in jeder der einzelnen Kühlzonen gleichgehalten sein, sondern kann auch einem vorbestimmten Programm entsprechend in den einzelnen Kühlzonen unterschiedliche Werte haben. Maßgeblich ist jedoch, daß die Temperatur während des Ge£ßVorganges praktisch konstant bleibt.

Der Rechner 1 hat als Ausgang den Sollwert 5, der über den Verstärker 6 den Stellenmotor 7 des Wasserventils 8 beeinflußt. Im Anschluß an das Wasserventil 8 ist ein Meßwertwandler 9 vorgesehen, der die zur Einstellung vorgesehene Wassermenge überprüft und seinen Meßwert in eine Vergleichsstufe des Verstärkers 6 einspeist, so daß über diesen Weg eine Korrektur erfolgen kann.

Das Kühlwasser spritzt aus dem Düsenrohr Io vor die in der Zeichnung nicht dargestellte Strangoberfläche. Deren Temperatur wird mit Hilfe von einem optischen Temperaturmeßgerät 11 gemessen und in der bereits beschriebenen Weise in den Rechner zurückgeführt.

Wie die dargestellte Anordnung weiterhin zeigt, kann man auch einen aajPotentiometer 13 einstellbaren Festwert als Sollwert verwenden. Zu diesem Zweck wird der Schalter 12 mit dem Ausgang des Potentiometers 13 verbunden.

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Das Diagramm zeigt schematisch den vorzugebenen Sollwertverlauf der spezifischen Wassermenge in Abhängigkeit von der Zeit, die das Stranggut von der Schmelzenoberfläche bis zur jeweiligen Kühlzone bei Annahme einer mittleren Geschwindigkeit benötigt. Da der Weg von der Schmelzenoberfläche bis zur Kühlzone stets bekannt ist, und da sich weiterhin die Zusammensetzung des Stranggutes und sein Querschnitt während eines Gießvorganges nicht ändern, kann man anhand dieser vor allem auch im Prozessrechner leicht nachbildbaren Funktion durch Multiplikation mit der effektiven Strangoberfläche zu den Sollwerten der Kühlwassernenge kommen.

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Claims

Patentansprüche

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Verfahren zum Kühlen von aus einer Durchlaufkokille austretenden Stranggut, wobei die die Strangoberfläche beaufschlagende Kühlwassermenge einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet_t daß zu Beginn jeweils mindestens eines Gießvorganges Sollwerte der Kühlwassermenge in Abhängigkeit von d#r Zusammensetzung des Stranggutes, des Querschnittes und der Erstarrungezeit eingestellt werden, aus denen während des Gießens in Abhängigkeit vom augenblicklichen Integralwert der Gießgeschwindigkeit während des Weges des Stranges von der Schmelzenoberfläche bis zur jeweiligen Kühlzone ein zu der Kühlzone in der Weise passender Sollwert ausgewählt und für die Kühlwassersteuerung verwendet wird, daß die StrangoberflÄchentemperatur vorbestimmbar bleibt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Sollwerte lediglich für die erste Kühlzone bzw. die ersten Kühlzonen auegewählt werden.

Vermehren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichn*t_t deJI die Sollwerte weiterhin etwa proportional zur Gießte*pe*«ttuc> verändert werden.

H Verfahre* nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daJt die Strangoberflächentemperatur im Beaufschlagungsbereich «it de» Kühlaittel gemessen wird und ihr Wert einer Vergleichsschaltung eingespeist wird, die bei Abweichung der StmuigiOberflächenteaperatur von einem Vorgabewert eine den Sollyert verändernde, elektrische Größe abgibt,

S Vorrichtung xur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis H, dadurch gekennzeichnet_t daß sie einen Prosessrechner (I) aufweist, der mit Eingängen (2,3,4) für

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sämtliche den Sollwert verändernde Einflußwerte versehen ist, und dessen Ausgang der Sollwert oder die Sollwerte sind, wobei der Prozessrechner (1) über einen Verstärker (6) und ein Stellglied (7) mit einem Wasserventil (8) verbunden ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem Wassermengenregelkreis ein Temperaturregelkreis überlagert ist, der überwachend für die eingestellte Wassermenge arbeitet.

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