DE19915268A1 - Verfahren zum Angießen einer Stranggießanlage - Google Patents

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 Füllstandsregelung mittels kontrollierter Stopfenbewegung, Kokillenkühlung und Einstellung der Oszillation schon während des Angießprozesses vorgeschlagen.

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 Gießrohrdurchlaß­ menge 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 Angieß­ vorgangs der Zulauf des Gießrohres mittels des Stopfens verschlossen ist.

Grundsätzlich unterteilt sich das Stranggießen in die Gießstartphase mit boden­ seitig verschlossener Kokille und die Phase des kontinuierlichen Gießens und Ab­ ziehens des Strangs. Zum Gießstart wird die Kokille bekanntermaßen mittels ei­ nes Stranganfahrkopfes verschlossen und mit schmelzflüssigem Metall gefüllt. Der teilweise erstarrte Strangkopf wird mittels des Anfahrkopfes aus der Kokille gezo­ gen. Mit dem Strangabzug beginnt der eigentliche kontinuierliche Gießprozeß.

Während der Gießstartphase bzw. des Angießvorgangs wird die in die Kokille ein­ gefüllte 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 ermit­ telbar. 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 Ab­ zugsphase.

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 Flüs­ sigschlacke abfließen kann, wenn am Meniskus eine große Spalte zwischen der sich bildenden Strangschale und den Kokillenplatten entsteht. Im allgemeinen bil­ det sich eine dicke unebene Schlackenschicht zusammen mit einer dünnen un­ ebenen 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. Dies 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 An­ gießvorgang 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 Oszillations­ bewegung eingehen. Die Füllstandsänderung in der Kokille soll vor dem Übergang von Angießvorgang zum kontinuierlichen Gieß- und Abzugprozeß gering sein, be­ reits während des Angießvorgangs wird die Temperatur der Seitenplatten der Ko­ kille geregelt und die Kokille in eine oszillierende Bewegung versetzt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die automatisierte Stopfen­ bewegung nicht an einer idealen Füllstand-Zeitkurve orientieren darf. Es wird vor­ geschlagen, daß sich der Angießvorgang aus drei zeitlichen Phasen zusammen­ setzt, wobei in einer ersten Phase der Stopfen mit einer derartigen Geschwindig­ keit nach oben längs der Gießrohrachse bewegt wird, daß der Füllstand der Ko­ kille 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 Be­ endigung 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 Start­ programms vorgeschlagen, daß die Strangschaleneigenschaften durch geeignete Regelung der Temperatur der Kokillenplatten bereits während des Angießvor­ gangs beeinflußt werden. Dies ist schon durch einen reduzierten Kühlwasser­ durchfluß zur Kühlung der Kokillenplatten während des Angießvorgangs möglich. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, die Kokillenplatten vor dem eigentlichen An­ gießvorgang vorzuwärmen und erst nach Abschluß des Angießvorgangs mit der Kühlung zu beginnen.

Gleichzeitig soll während des Angießvorgangs bereits vor dem Start des Strang­ abzugs 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 ver­ bessert, 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, anpassungs­ fähige Strangschale erhalten. Dies hat u. a. den Vorteil, daß nicht erst durch die Wärme der Stahlschmelze selbst die Kokillenplatten auf Betriebstemperatur ge­ bracht werden müssen.

Zum Ablauf des Startprogramms wird der sich einstellende Füllstand in der Kokille während des Angießvorgangs gemessen. Hierzu eignen sich radiometrische Sy­ steme 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 nachfolgen­ den Beschreibung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs, die sich nach dem vorgeschlagenen Verfahren ergibt, sowie während des sich an­ schließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleichzeitigem Strangabzug,

Fig. 2 die der Fig. 1 entsprechende Stopfenweg-Zeitkurve;

Fig. 3 die Füllstand-Zeitkurve während des Angießvorgangs sowie während des sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleich­ zeitigem Strangabzug bei un- bzw. niedriglegierten Stahlsorten (A-B);

Fig. 4 die Füllstand-Zeitkurve bei höherlegierten Stahlsorten (C-D);

Fig. 5 die sich aus den Fig. 3 und 4 durchschnittliche ergebende Füll­ stand-Zeitkurve;

Fig. 6 Füllstand-Zeitkurven mit einem überschwingenden bzw. unter­ schwingenden Übergang des Füllstandes zwischen Angießvorgang und sich anschließenden kontinuierlichen Gießprozesses mit gleich­ zeitigem Strangabzug;

Fig. 7 Temperaturverlauf der Kokillenkühlung bzw. Geschwindigkeitsverlauf des Kühlwassers über der Zeit nach dem vorgeschlagenen Verfah­ ren;

Fig. 8 Oszillationsbewegung-Zeitverlauf nach dem vorgeschlagenen Ver­ fahren.

Fig. 1 zeigt mittels einer Füllstand-Zeitkurve 1 sowie entsprechender Stopfenbe­ wegung 1'(Fig. 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 Strang­ schale ergibt. Die sich ergebende Füllstandhöhe der Kurve 1 befindet sich im Zeit­ bereich kurz vor dem Übergang zwischen dem Angießvorgang und dem kontinu­ ierlichen Gießprozeß mit gleichzeitigem Strangabzug oberhalb der Füllstandhöhe, die sich nach einer durchschnittlich ermittelten Füllstand-Zeitkurve 2 ergeben wür­ de. Die entsprechende theoretische Stopfenbewegung ist mit 2' (Fig. 2) gekenn­ zeichnet. Der Übergang zwischen Gießstart und kontinuierlichem Gießvorgang ist mit 0 bezeichnet.

Diese Durchschnittskurve 2 (Fig. 5) wird aus den Mittelwerten der Füllstand- Zeitkurve 3 für unlegierte oder niedriglegierte Stähle (Fig. 3; Stahlsorte A-B) und den der Füllstand-Zeitkurve 4 für hochlegierte Stähle (Fig. 4; Stahlsorte C-D) er­ halten. Die hierzu erforderlichen Werte werden entweder mittels Thermoelemen­ ten oder mittels radiometrischen Meßsystemen aufgenommen. Da diese Idealkur­ ve für alle Stähle A-B-C-D aufgrund einer Bewegungsbegrenzung des Stopfens in der Praxis nur ungenügend nachfahrbar ist, stellt sich ein überschwingender (Kur­ ve 5 der Fig. 6) bzw. unterschwingender (Kurve 6 der Fig. 6) Füllstandsverlauf beim Übergang vom Angießvorgang zum eigentlichen Gieß- und Abziehprozeß ein, der Grund für Gießstartfehler ist. Bei dem Kurvenverlauf 5 bildet sich eine dic­ ke Strangschale am Meniskus, bei dem Kurvenverlauf 6 wird die Schlackenkruste überflutet. Durch die vorgeschlagene Verfahrbewegung des Stopfens stellt sich die Kurve 1 (Fig. 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 Strang­ schalenbildung verbessert.

In das vorgeschlagene Gießstartprogramm soll gleichzeitig die Kokillentemperatur­ regelung 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. Fig. 7). Die Seitenplatten der Kokille werden während des Gießvorgangs vorgewärmt (vgl. Kurve H₂O T°C). Während des kontinuierlichen Gießvorgangs wird der Vorwärm­ prozeß von einem Kühlprozeß zur Ableitung der Schmelzwärme abgelöst. Weiter­ hin 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 Vorlaufwasser­ temperatur und die Wasserdurchflußmenge werden hinsichtlich der Dicke der Ko­ killenplatte korrigiert.

Als weiterer Faktor des Gießstartprogramms geht die Oszillation der Kokille ein (Fig. 8), die bereits während des Angießvorgangs beginnt. Aufgrund der ge­ wünschten 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 Oszil­ lation 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 (6)

1. 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 Gießrohrdurchlaß­ menge 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 Stop­ fens verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Füllstandsänderung in der Kokille vor dem Übergang vom Angieß­ vorgang 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.

2. 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 Geschwindig­ keit 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 an­ fänglichen geschlossenen Position mit konstanter Geschwindigkeit zurück­ gefahren wird zur kurzzeitigen Beendigung des Füllvorgangs in der Kokille und daß sich daran der kontinuierliche Gieß- und Strangabzugprozeß an­ schließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Angießvorgangs der Kühlwasserdurchfluß v_s zur Kühlung der Seitenplatten der Kokille gedrosselt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten der Kokille während des Angießvorgangs vorgewärmt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Bewegung der Kokille während des Angießvorgangs mit einer großen Hubhöhe bei kleiner Hubfrequenz durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Angießvorgangs Schlackepulver in die Kokille gegeben wird.