DE2542290C2 - Verfahren zum Steuern des Stranggießens von Metallen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein derartiges Verfahren ist nach der DE-AS 23 44 438 bekannt. Danach kommt es zur Kühlung des Stranges in einer rechnerisch ermittelten Zeit durch Variation der Länge der Kühlzonen oder der gesamten Länge des Kühlbereiches. Daraus ergibt sich eine Konstanz der Verweilzeit der einzelnen Strangabschnitte im gesamten Kühlbereich bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten. Man benötigt demgemäß anpassungsfähige Kühlstrecken sowie Regelkreise mit entsprechenden Meßeinrichtungen.
• Weiterhin war nach der US-PS 34 78 808 bekannt, zur Steuerung der Sekundärkühlzonen mit Kühlwasser Meßgeber einem Regelkreis einzusetzen, die den Wärmeentzug bis zum Strang in der Kühlzone erfassen.
• Vom einleitend behandelten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, bei einer Stranggießanlage mit einer gegebenen Kühlstrecke für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten auszukommen und die Abkühlung so zu regeln, daß am Ende dieser Kühlstrecke mit Sicherheit eine vorgegebene Strangtemperatur besteht. Unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten, wie sie beim Pfannenwechsel, Zwischenbehälterwechsel und bei zufälligen Verstopfungen der Ausgüsse möglich sind, soll dabei Rechnung getragen werden, ohne daß sich derartige Schwankungen als Mängel der Qualität des Stranggießproduktes auswirken. Das Verfahren soll mit weniger Messungen auskommen und schon bei Gießbeginn einen definierten Anfangszustand aufweisen, der sich nicht erst durch einen Regelungsprozeß bilden muß.
• Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung durch den Vorschlag des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1, für den die Unteransprüche 2 bis 7 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.
• Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abkühlung führt zu einem bestimmten Oberflächenwärmeprofil, welches von der Zusammensetzung des Metalls, also beispielsweise der Stahlgüte, abhängt. Der Optimierung der Gießgeschwindigkeit liegen dabei die Qualitätsanforderungen sowie die Bedingungen des synchronen Ablaufs mit den übrigen Werksanlagen zugrunde. Um die optimale Gießgeschwindigkeit und die Wassermengen der Sekundärkühlzone zu ermitteln, wird in an sich bekannter Weise ein Rechner eingesetzt. Von dort aus werden die Kühlwasserschieber automatisch reguliert, so daß der Temperaturverlauf über die ganze Anlage weitgehend konstant ist. Eine besonders wirkungsvolle Ausführung der Erfindung sieht die Nachsteuerung der Regelschieber für die Kühlwassermengen mittels Abweichungen vor, die sich aus dem der tatsächlichen Gießgeschwindigkeit rechnerisch entstehenden Temperaturverlauf mit dem der optimalen Gießgeschwindigkeit entsprechenden, rechnerischen Temperaturverlauf ergeben.
• Nach einer Abwandlung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der optimalen Gießgeschwindigkeit, indem einerseits die Soll-Gießgeschwindigkeit pro Strang und andererseits die maximale Gießgeschwindigkeit vorausberechnet werden und die geringere dieser beiden Gießgeschwindigkeiten als diejenige Geschwindigkeit gewählt wird, mit welcher die Stranggießgeschwindigkeit anfährt.
• Eine wieder andere Abwandlung der Erfindung sieht vor, die maximale Gießgeschwindigkeit in der Weise zu berechnen, daß den jeweiligen Qualitätsanforderungen auf der Basis einer maximalen Flüssigstranglänge entsprochen wird, um so Fehler wie Steigungen, Auftreiber usw. zu vermeiden, und zwar unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Oberflächenwärmeprofils zur Vermeidung von Fehlern wie Spalten, Risse. usw.
• Schließlich werden nach einer weiteren Abwandlung die spezifischen Schmelzdaten pro Pfanne wie das Gewicht des in der Pfanne befindlichen Metalls, die Soll-Gießzeit, die Anzahl der gefahrenen Stränge, das Format je Strang, die Metallzusammensetzung und die Temperatur des Metalls in der Pfanne, in den Rechner eingegeben.
• Es wurde festgestellt, daß einem vorgegebenen Wert der Gießgeschwindigkeit pro Strang (m/min) jeweils ein Wert der Gießdauer (min), den der Rechner ebenfalls ermittelt, entspricht.
• Außerdem ist einem erhaltenen Vorgabewert der im Sekundärkühlkreis erforderlichen Gesamt-Wassermengen, d. h. der Sekundärwassermengen pro Zone (l/min), eine spezifische Sprühmenge pro Strang (l/kg) zugeordnet, welcher der Rechner gleichzeitig liefert.
• Es versteht sich, daß eine derartige Regelung den im Zuge eines Gießvorgangs möglicherweise auftretenden Störungen wie beispielsweise einer Beschränkung der Stahlmenge infolge Zusetzens der Gießdüsen Rechnung trägt.
• Ebenfalls erfolgt erfindungsgemäß die Verstellung der Sekundärkühlwasserschieber vorzugsweise auf automatischem Wege, indem die Steuerung derselben in Ansprechung an das vom Rechner ausgegebene Signal erfolgt.
• Darüberhinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, außer Vorausberechnungen der Gießgeschwindigkeit pro Strang sowie der Sekundärwassermengen pro Zone auch noch Nachberechnungen dieser Größen, beispielsweise auf der Grundlage ergänzender Daten wie der Temperatur des Metalls im Zwischenbehälter, Anzahl der gefahrenen Stränge und Ankunftszeit der nächsten Pfanne, anzustellen.
• Das vom Rechner erstellte Programm ist darüberhinaus so beschaffen, daß der Bedienungsmann ständig über den Fortgang des Gusses auf dem laufenden gehalten wird; beispielsweise über die Messung der Gießgeschwindigkeit informiert der Rechner über das vergossene Stahlgewicht und die zur Beendigung des Gusses erforderliche Zeit.
• Die automatische Steuerung, bei welcher eine für den Prozeß repräsentative Ausgangsgröße bestimmten Forderungen unterworfen und die Entsprechung mit diesen Forderungen unter Einwirkung einer Eingangsgröße, die in einer eindeutigen und reproduzierbaren Beziehung zu der genannten Ausgangsgröße steht, sichergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße von der Oberflächentemperatur des in der Erstarrung begriffenen Produktes gebildet wird, daß die Eingang- oder Einflußgröße aus den im Sekundärkühlkreis erforderlichen Gesamt-Wassermengen besteht, und daß die Forderung gestellt wird, ein vorgegebenes Oberflächenwärmeprofil aufrechtzuhalten.
• Das vorzuhaltende Oberflächenwärmeprofil setzt erfindungsgemäß voraus, daß übermäßige Erhitzungen beim Übergang von einer Kühlzone in die nächste vermieden werden, wobei die zulässige größte Erhitzung vom Gefüge und von der Zusammensetzung des Metalls abhängig ist und vorzugsweise unter 100°C liegen sollte.
• In Abweichung von der derzeitigen Stranggußpraxis wurde seitens der Anmelderin die erstaunliche Feststellung gemacht, daß eine starke Reduzierung der im Sekundärkühlkreis aufzuwendenden Wassermenge (Liter Wasser pro Kilo vergossenen Metalls) in dem Maße, wie die Gießgeschwindigkeit zunimmt, empfehlenswert ist. Wird eine solche Regelung in entsprechender Art und Weise nicht vorgenommen, so lassen sich immer häufiger innere und äußere Fehler feststellen.
• Es besteht also eine Beziehung, die von den besonderen Merkmalen der Anlage und des Metalls abhängig ist und die immer wieder von neuem bestimmt werden muß, wenn sich einer dieser Faktoren geändert hat.
• Die zwischen der Gießgeschwindigkeit und der spezifischen Sekundärkühlwassermenge bestehende Beziehung zeigt die beigefügte Fig. 1, in welcher die spezifische Sekundärkühlwassermenge (l/kg) auf der Ordinate und die Metallgießgeschwindigkeit (in m/min) auf der Abszisse aufgetragen sind. Es versteht sich, daß diese Beziehung nur für die jeweilige Anlage und den vergossenen Stahl, wie diese hier als Beispiel angeführt sind, quantitativ Gültigkeit haben kann.
• Es muß festgestellt werden, daß die in einem Sekundärkühlkreis eines Gießstrangs herrschenden Bedingungen für die Messung der Oberflächentemperatur des Produkts sehr nachteilig sind, vor allem wegen des in großen Mengen anstehenden Wasserdampfes. Die Anmelderin war aus diesem Grunde zu Untersuchungen gezwungen, um ein Pyrometer zu entwickeln, mit dem sich echt aussagekräftige Ergebnisse erzielen lassen.
• Nach einer betrieblichen Abwandlung der Erfindung wird derjenige Produktabschnitt bestimmt, der aller Voraussicht nach Mängel aufweist: dies geschieht, indem zu dem Zeitpunkt, da die Temperaturmeßvorrichtung heftige und wiederholte Schwankungen registriert, eine unauslöschliche Markierung in das Produkt eingestempelt wird, so daß diese Abschnitte am Ausgang der Stranggußmaschine wiederauffindbar sind.
• Die beiliegenden Fig. 2, 3 und 4 gelten lediglich als Beispiel und stellen keinerlei Einschränkungen dar; sie dienen dem einfacheren Verständnis des vorbeschriebenen Verfahrens.
• Fig. 2 zeigt die Entwicklung der Gießgeschwindgkeit (in m/min auf der Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit (min auf der Abszisse).
• Fig. 3 veranschaulicht die Verweilzeit (in min auf der Ordinate) eines Metallabschnitts vom Eintritt in die Stranggußmaschine bis zur Austrittsstelle aus Zone 4, die sich 3,58 m unter dem Badspiegel der Stranggießkokille befindet, wobei dieser Parameter in Abhängigkeit zur Zeit (m/min, auf der Abszisse) gegeben ist.
• In Fig. 4 ist die Wassermenge in dieser Zone 4 (l/min auf der Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit (min, auf der Abszisse) wiedergegeben.
• Diese drei Figuren sind erstellt worden, um den Fall eines Pfannenwechsels, welcher zum Zeitpunkt Null (min, Abszisse) beginnend dargestellt ist, wiederzugeben.
• Nach einem erforderlich gewordenen Gießpfannenwechsel wird die Gießgeschwindigkeit entsprechend Fig. 2 verändert. Bei der Stranggießanlage handelt es sich um eine Brammenmaschine für das Format 1200 mm × 250 mm zum Vergießen von Flußstahl.
• Die gewählte Gießgeschwindigkeit von 0,9 m/min ermöglicht das Vergießen der 80 Tonnen eines Konverters in 40 min, was dem Zyklus des Konverters entspricht. Es bleibt also festzustellen, daß dem Prinzip der Synchronisation zwischen Gieß- und Schmelzbetrieb Rechnung getragen ist.
• Die Maschine ist ausgelegt zum Richten des Flüssigstrangs auf einer maximalen Länge von 23,50 m, was eine maximale Gießgeschwindigkeit von 1 m/min ermöglicht.
• Es wird ein Wärmeprofil benutzt, welches eine Strangtemperatur von 900°C am Ende sämtlicher Sekundärkühlzonen sicherstellt. Mit Hilfe vorher erstellter Tabellen wurde festgestellt, daß dieses Wärmeprofil eine Sprühstärke von 0,8 l/kg erfordert. Aus diesem Grunde wurden die folgenden Arbeitsbedingungen für die Stranggußmaschine festgelegt, die im stationären Bereich gelten: @j&udf50;°=c:40&udf54;@1GieÅgeschwindigkeit@30,9¤m/min&udf50;@1Wassermenge in Zone 4@3750¤l/min&udf50;@1Verweilzeit in Zone 4@33,98¤min&udf53;zl10&udf54;@0
• Bei einem Pfannenwechsel ist festzustellen, daß entsprechend den Schwankungen in der Gießgeschwindigkeit (Fig. 2) zeitveränderliche Sprühstärken benutzt werden, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Diese unterschiedlichen Werte für die Sekundärkühlwassermenge machten es möglich, Fehler wie Spalten, Risse, Schwarzstreifigkeit usw. zu vermeiden, die hätten auftreten können, hätte man die Wassermengen proportional zu den Gießgeschwindigkeitsschwankungen verändert, wie man dies bisher immer vorgeschlagen hat.
• Die in Fig. 4 dargestellten Änderungen der Wassermenge resultieren aus der Umwandlung der Gießgeschwindigkeit in die Verweilzeit eines Metallabschnitts von dessen Eintritt in die Maschine bis zur Stelle des Austritts aus Zone 4 des Sekundärkühlkreises, wobei die Veränderungen dieser Verweilzeit in Fig. 3 veranschaulicht sind.
• Bei Beendigung der Pfannenwechsel werden die Bedingungen des stationären Bereichs wie vorbeschrieben wiederhergestellt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern des Stranggießens von Metall in einer Stranggießanlage mit einer wassergekühlten Kokille, wobei durch Primärkühlung flüssigen Metalls ein Metallstrang mit flüssigem Kern gebildet wird, der aus der Kokille austritt und sodann aufeinanderfolgende Sekundärkühlzonen durchfährt, in welchen er über Regelschieber mit Kühlwasser in steuerbaren Mengen beaufschlagt wird, wobei die optimale, den vorgegebenen Qualitätsanforderungen entsprechende Gießgeschwindigkeit bestimmt und der synchrone Verlauf des Gießens mit den zugeordneten Behandlungsöfen des Metalls aufrechterhalten wird, indem das Gießen mit der optimalen Geschwindigkeit gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

vor dem Beginn des Gießens ein bestimmter Temperaturverlauf entsprechend der optimalen Gießgeschwindigkeit entlang der Stranggutoberfläche vorgegeben wird, für welche die Wassermengen der Sekundärkühlzonen eingestellt werden, und daß

während des Gießens die gemessene wirkliche Gießgeschwindigkeit mit der optimalen Gießgeschwindigkeit verglichen wird, und daß die Abweichung der tatsächlichen Gießgeschwindigkeit von der optimalen Gießgeschwindigkeit für die Nachsteuerung der Regelschieber für die Wassermengen verwendet wird.

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von der gemessenen, tatsächlichen Gießgeschwindigkeit der Temperaturverlauf berechnet wird, und daß die Abweichung dieses Temperaturverlaufs vom Temperaturverlauf entsprechend der optimalen Gießgeschwindigkeit für die Nachsteuerung der Regelschieber für die Wassermenge verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Gießgeschwindigkeit bestimmt wird, indem einerseits die Sollgeschwindigkeit pro Strang und andererseits die maximale Gießgeschwindigkeit vorausberechnet werden und die niedrigere dieser beiden Gießgeschwindigkeiten als Arbeitsgeschwindigkeit der Stranggießmaschine gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Gießgeschwindigkeit in der Weise berechnet wird, daß Qualitätsanforderungen auf der Basis einer maximalen Flüssigstranglänge entsprochen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer Vorausberechnungen der Gießgeschwindigkeit pro Strang sowie der Sekundärwassermengen pro Zone auch Nachberechnungen dieser Größen auf der Grundlage ergänzender Daten, wie der Temperatur des Metalls im Zwischenbehälter, Anzahl der gefahrenen Stränge und Ankunftszeit der nächsten Pfanne, angestellt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Oberflächenwärmeprofil die Vermeidung übermäßiger Erhitzungen beim Übergang von einer Sekundärkühlzone in die nächste voraussetzt, wobei die zulässige größte Erhitzung vom Gefüge und von der Zusammensetzung des Metalls abhängig gemacht wird, und vorzugsweise unter 100°C liegen sollte.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein voraussichtlich mit Mängeln behafteter Produktabschnitt markiert wird, indem zu dem Zeitpunkt, da die Temperaturmeßvorrichtung heftige und wiederholte Schwankungen registriert, eine bleibende Kennzeichnung aufgebracht wird.