EP1066898A1 - Process and system for feeding molten metal in a continuous casting machine - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
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- B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
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Definitions
- the invention relates to a method for guiding the melt in a continuous casting machine, the melt of a specific alloy having a liquidus temperature T liq being poured into a casting mold via a distributor and the strand which has solidified within the casting mold being drawn off, and a system therefor.
- the invention relates to a continuous casting machine with a system according to the invention.
- the object of the present invention is to provide a method and a system for To provide melt guidance in a continuous casting machine, with which one precise temperature and casting speed control for a reliable operation and in particular automated casting is possible.
- the actual temperature of the melt in the distributor is recorded at an actual casting speed, the temperature being measured discontinuously or continuously by means of suitable known temperature recording means, for example thermocouples or temperature sensors.
- suitable known temperature recording means for example thermocouples or temperature sensors.
- the actual heat loss of the melt in the distributor and during its residence time between the distributor and the casting level in the casting mold, for example an oscillating mold, is determined by taking into account factors which are responsible for the heat loss. Knowing the liquidus temperature T liq of the melt to be cast and the current heat loss, an equivalent liquidus temperature T * liq (+ 0 ° C) is determined as the limit range for the temperature of the melt in the distributor, at which continuous casting defects occur in the mold.
- the temperature of the melt in the distributor or the temperature curve is determined via the casting speed at which the melt solidifies in the casting mold at an undesirably early stage, ie in the casting level or in the area of the level. If the liquidus temperature is already reached in the mold level of the mold, there is a risk of bridging in the solidifying structure combined with a strand break through lack of slag lubrication or damaged strand surfaces.
- the steel temperature in the mold must be chosen so that there is no pre-solidification in the mold level and the mold powder is melted sufficiently to ensure good lubrication and insulation of the strand as it travels through the mold.
- the temperature of the melt in the distributor is used as a measure of the prediction the temperature conditions used in the mold.
- the current temperature conditions in the mold can be predicted or indirectly within an "incubation period" and for adjustment an optimal casting speed or a casting speed range be used.
- the casting speed is therefore not directly dependent from the temperature of the melt in the mold, but indirectly above the manifold temperature is set.
- the method offers the possibility of an emerging, for example excessive cooling of the melt in the mold level of the mold, which is indicated by the determination of the equivalent T * liq temperature in the distributor, which is based on the melt temperature measurement in the distributor to react by a corresponding increase in the casting speed in order to avoid a casting defect in the mold in the form of surface defects on the cast product or a breakthrough.
- T * liq temperature in the distributor which is based on the melt temperature measurement in the distributor to react by a corresponding increase in the casting speed in order to avoid a casting defect in the mold in the form of surface defects on the cast product or a breakthrough.
- data is "online” to achieve good process management be measured, the solidification process in the mold at one of these optimal casting speed and at the same time a reinforcement-free production and ensure good surface quality.
- the invention makes it clear that with the detection of the melt temperature in the distributor by discontinuous and / or continuous measurement and by the qualitative "online" detection of the heat losses of the melt in the distributor and between the distributor and the casting mold, an optimal, breakdown-proof and possibly fully automatic melt guidance alone on the data of the melt temperature in the distributor and the equivalent T * liq temperature of the melt in the distributor, T * liq. + 0 ° C and their isotherms +5 to + 20 ° C, preferably in a step interval of 5 ° C each, or the temperature profiles can be ensured via the casting speed to generate an isothermal window.
- the casting speed is chosen so that the temperature of the melt in the distributor runs along or above the isotherms of the equivalent liquidus temperature curve T * liq + 5 ° C.
- the temperature of the melt in the distributor should preferably run along or below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 20 ° C, particularly preferably below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 15 ° C.
- the residence time of the melt goes into the heat loss of the melt in the distributor in the distributor, the residence time of the melt in the distributor being dependent the casting performance, which in turn is determined by the casting width, the solidification thickness, the casting speed, the current distributor level and the Ratio of distributor surface to its volume or the distributor size, the decrease in the melt weight in the distributor depending on it Surface / volume ratio, the initial heating time of the distributor for setting the equilibrium temperature corresponding to the melt temperature as well as the isolation or the isolation status of the distributor and thus the Heat radiation from the distributor.
- the system proposed according to the invention is used in a continuous casting machine with an oscillating stand mold or traveling mold, also in Continuous casting machines with a casting mold that acts as a 2-roller mold (twin roller) or belt mold are formed. Allowed especially in the last two procedures the proposed system at the necessary high casting speeds with shorter solidification times with a smaller solidification thickness one optimal process control.
- FIG. 1a schematically represents part of the casting process of a molten steel in a continuous casting machine
- Figure 5 gives an overview of a complete continuous casting machine.
- the melt is poured via a pan 1 into a distributor 2, from which it then flows into the mold 4 via a dip spout (also SEN) 3.
- a stationary mold for example a thin slab mold, which oscillates vertically with respect to the solidifying strand shell 5a, b (see arrows in the mold side walls 6a, b).
- the outflow speed of the melt from the distributor is regulated by means of a vertically movable plug 7 with a displacement device 7a or a slide 8.
- the dip tube 3 dips into the mold 4.
- 9 is the casting mold which is set, 10 is the casting powder or pouring slag.
- the casting speed v c results.
- X denotes the slab width resulting from the mold dimensions when it emerges from the mold.
- the distributor 2 has a thermal radiation in the thermal equilibrium with the melt, here indicated by 11, which can be specified with a skin temperature of, for example, 100 ° C. and which thus leads to a loss of heat in the steel during its dwell time in the distributor.
- the distributor 2 is further characterized by a maximum weight of the melt with a maximum filling height (h max ) in relation to the respective actual filling height h ist .
- FIGS. 1a and 1b it is clear that the method according to the invention or system is not limited to continuous casting with an oscillating mold is, there are also casting processes using the strip casting process (Fig. 1a), in which the melt from a distributor 102 onto a cooled endless belt 104, which runs around two rollers 114, 115, is cast and drawn off, or for example 2-roll casting (Fig. 1b), in which the melt from one Distributor 202 is cast between two counter-rotating rollers 214, 215 and then subtracted, conceivable.
- Fig. 1a strip casting process
- Fig. 1b 2-roll casting
- FIGS. 2 and 2a show the relationships between the melt temperature in the distributor or the Overheating of the melt in the distributor (or the heat loss of the melt in the distributor and between the distributor and bath level of the mold) and the casting speed and the utilization of these relationships for the mathematical prediction of the temperature of the melt in the bath level in the mold.
- FIG. 2a shows a section from FIG. 2 in the casting speed range from 3.5 to 6.0 m / min. The temperature of the is below the manifold temperature Understand melt in the manifold.
- T * liq temperature of the melt in the distributor 15
- T * liq temperature curve T * liq + 0 ° C shown in the diagram show the temperature in the distributor at which the steel temperature in the Mold will reach the liquidus temperature. If the liquidus temperature (here about 1500 ° C) in the mold is reached too early, the solidification already takes place in the mold level and not only when it comes into contact with the mold walls to form the desired strand shell, which leads to bridging and thus a breakthrough due to the lack of it Slag lubrication or defective strand surfaces are connected.
- the ratio of the temperature of the melt to the casting speed shown in FIGS. 2 and 2a can be influenced by various factors which shift the T / v c grid to higher or lower temperatures and thus introduce a dynamic.
- the influence of various factors is shown in Figure 3.
- the heat loss increases with the drop in the weight of the distributor as a function of the surface / volume ratio of the distributor and the residence time (influence B), as shown schematically in FIG. 3b.
- the heat loss and thus the necessary overheating due to the so-called "liquid core reduction” also increase, the strand with still liquid sump being reduced from a mold exit thickness x to a smaller solidification thickness y (influence C).
- the heat loss with greater casting performance is reduced by an initially increasing heating process of the distributor 2 when casting the first melt, the temperature adjusting to an equilibrium temperature after a certain time (cf. FIG. 2b).
- the time t GG is approximately 20-30 minutes until a temperature equilibrium is established between the distributor and the melt (influence A).
- the heat loss decreases with increasing pouring width, shown in Fig. 3a with the ratio D to D1) as well as with increasing solidification thickness (D2) and with improved insulation of the distributor of the distributor lining (influence E, Fig. 3a) or falling outer distributor skin temperature and the Dipping spout.
- the T / v C grid becomes dynamic and can be constantly updated during casting with the help of process data recorded online.
- a further course of the melt is also shown (20), in which the strand is poured too slowly or has insufficient overheating, and the temperature of the melt is already in the mold level of the mold T liq. was achieved.
- the temperature of the melt in the distributor corresponds to the equivalent temperature T * liq or is less than T * liq , (21); the strand breaks through a pre-solidification in the mold level and thus the slag lubrication between the strand shell and the mold wall is disturbed and thus rejects.
- FIG. 5 shows an overview of a continuous casting machine with a pan 300 and a holding device 301 receiving the pan 300 and a distributor 302 with corresponding holding device 303.
- the heat loss of the melt in The distributor is determined by means of suitable measuring devices 304 and the data fed into a computer 307 via corresponding lines 305, 306. It is also conceivable to reduce the heat loss of the melt in the pan to be measured by means of measuring devices 308 and via line 309 into the computer feed. It is also conceivable in a first approximation of a constant Steel temperature in the pan with a temperature drop of, for example 0.1 ° C / min.
- the liquidus temperature of the alloy is the equivalent liquidus temperature calculated and in the temperature / casting speed diagram represented by a monitor 310.
- a target casting speed which is in the isothermal window shown, set, and via a line 312 the slide or plug of the distributor as setting means (315) controlled for the casting speed.
- the method and the system are preferably used for thin slab casting.
- a thin slab of, for example, 50 mm solidification thickness requires a setting time of about 1 min.
- the events in the Mold at casting speeds of up to 8 m / min so far and in the near future 10 m / min make a precise temperature and Speed control necessary, which is provided according to the invention becomes.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelzenführung in einer Stranggießmaschine, wobei die Schmelze einer bestimmten Legierung mit einer Liquidus-Temperatur Tliq über einen Verteiler in eine Gießform gegossen wird und der innerhalb der Gießform erstarrte Strang abgezogen wird, sowie ein System hierzu. Zudem betrifft die Erfindung eine Stranggießmaschine mit einem erfindungsgemäßen System.The invention relates to a method for guiding the melt in a continuous casting machine, the melt of a specific alloy having a liquidus temperature T liq being poured into a casting mold via a distributor and the strand which has solidified within the casting mold being drawn off, and a system therefor. In addition, the invention relates to a continuous casting machine with a system according to the invention.
Die Stranggießprozesse nach den herkömmlichen Stranggießverfahren mit einer oszillierenden Kokille über das Dünnbrammengießen, das Bandgießen oder 2-Rollen-Gießen machen mit der ständig dünner werdenden Erstarrungsdicke des Gußproduktes mit kürzer werdenden Erstarrungszeiten und steigenden Gießgeschwindigkeiten eine genaue Prozeßführung notwendig.The continuous casting processes according to the conventional continuous casting process with one oscillating mold via thin slab casting, strip casting or 2-roll casting with the ever thinning solidification thickness of the Cast product with shorter solidification times and increasing casting speeds precise process control is necessary.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein System zur Schmelzenführung in einer Stranggießmaschine bereitzustellen, mit denen eine genaue Temperatur- und Gießgeschwindigkeitsführung für ein betriebssicheres und insbesondere automatisierbares Gießen möglich ist.The object of the present invention is to provide a method and a system for To provide melt guidance in a continuous casting machine, with which one precise temperature and casting speed control for a reliable operation and in particular automated casting is possible.
Deise Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie
ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erreicht. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and
achieved a system with the features of
Im einzelnen wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, daß die Ist-Temperatur der Schmelze im Verteiler bei einer Ist-Gießgeschwindigkeit erfaßt wird, wobei die Erfassung der Temperatur diskontinuierlich oder kontinuierlich mittels geeigneter bekannter Temperaturaufnahmemittel, beispielsweise Thermoelementen oder Temperatursensoren, erfolgt. Es wird der Ist-Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler und während ihrer Verweilzeit zwischen Verteiler und Gießspiegel in der Gießform, beispielsweise einer oszillierenden Kokille, durch Eingehen von Faktoren, die für den Wärmeverlust verantwortlich sind, ermittelt. Unter Kenntnis der Liquidustemperatur Tliq der zu vergießenden Schmelze und des aktuellen Wärmeverlustes wird eine äquivalente Liquidus-Temperatur T*liq (+ 0°C) als Grenzbereich für die Temperatur der Schmelze im Verteiler ermittelt, bei dem Stranggußfehler in der Kokille auftreten. Das heißt, es wird die Temperatur der Schmelze im Verteiler bzw. der Temperaturverlauf über die Gießgeschwindigkeit ermittelt, bei der die Schmelze in der Gießform bereits in einem unerwünscht frühen Stadium erstarrt, d.h. im Gießspiegel bzw. im Gießspiegelbereich. Wird nämlich die Liquidus-Temperatur bereits im Gießspiegel der Kokille erreicht, besteht die Gefahr einer Brückenbildung im erstarrenden Gefüge verbunden mit einem Strangdurchbruch durch fehlende Schlackenschmierung oder schadhafte Strangoberflächen. Die sich in der Kokille einstellende Stahltemperatur muß also so gewählt sein, daß keine Vorerstarrung im Gießspiegel stattfindet und das Gießpulver ausreichend aufgeschmolzen wird, um eine gute Schmierung sowie Isolation des Stranges bei seiner Reise durch die Kokille sicherzustellen.In particular, it is proposed according to the method that the actual temperature of the melt in the distributor is recorded at an actual casting speed, the temperature being measured discontinuously or continuously by means of suitable known temperature recording means, for example thermocouples or temperature sensors. The actual heat loss of the melt in the distributor and during its residence time between the distributor and the casting level in the casting mold, for example an oscillating mold, is determined by taking into account factors which are responsible for the heat loss. Knowing the liquidus temperature T liq of the melt to be cast and the current heat loss, an equivalent liquidus temperature T * liq (+ 0 ° C) is determined as the limit range for the temperature of the melt in the distributor, at which continuous casting defects occur in the mold. This means that the temperature of the melt in the distributor or the temperature curve is determined via the casting speed at which the melt solidifies in the casting mold at an undesirably early stage, ie in the casting level or in the area of the level. If the liquidus temperature is already reached in the mold level of the mold, there is a risk of bridging in the solidifying structure combined with a strand break through lack of slag lubrication or damaged strand surfaces. The steel temperature in the mold must be chosen so that there is no pre-solidification in the mold level and the mold powder is melted sufficiently to ensure good lubrication and insulation of the strand as it travels through the mold.
Es werden in Abhängigkeit dieser Grenztemperatur bzw. des Grenzverlaufs die Isothermen hierzu ermittelt, d.h. die äquivalenten Liquidus-Temperaturverläufe T*liq + x(°C) in Abhängigkeit der Überhitzungstemperatur x(°C) mit x>0, jeweils in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit. Es entsteht auf diese Weise ein Raster, welches unter Verwendung der Temperatur der Schmelze im Verteiler als Maß eine Vorhersage für die Temperaturverhältnisse in der Kokille zuläßt, indem das Verhältnis der Schmelzetemperaturen im Verteiler und der Kokille über die Überhitzung und die jeweilige Gießgeschwindigkeit ausgenutzt wird. Es folgt ein Anpassen der Ist-Stranggießgeschwindigkeit an eine Soll-Stranggießgeschwindigkeit oder auch eines Soll-Stranggießgeschwindigkeitsbereichs innerhalb eines vorgegebenen Isothermenfensters, dessen unterste Grenze oberhalb des äquivalenten LiquidusTemperaturverlaufs T*liq (+ 0°C) verläuft. Damit ist sichergestellt, daß zu keiner Zeit in Abhängigkeit der Temperatur der Schmelze im Verteiler und des Wärmeverlustes mit einer Gießgeschwindigkeit gefahren wird, die zu einem Durchbruch des Stranges in der Kokille aufgrund zu niedriger Temperaturen führen könnte.The isotherms for this are determined as a function of this limit temperature or the course of the limit, ie the equivalent liquidus temperature curves T * liq + x (° C) as a function of the superheating temperature x (° C) with x> 0, in each case as a function of the casting speed . In this way, a grid is created which, using the temperature of the melt in the distributor as a measure, allows a prediction of the temperature conditions in the mold by utilizing the ratio of the melt temperatures in the distributor and the mold via the overheating and the respective casting speed. There follows an adaptation of the actual continuous casting speed to a desired continuous casting speed or also a desired continuous casting speed range within a predetermined isothermal window , the lowest limit of which runs above the equivalent liquidus temperature curve T * liq (+ 0 ° C). This ensures that, at no time, depending on the temperature of the melt in the distributor and the heat loss, the casting speed is used, which could lead to a break in the strand in the mold due to low temperatures.
Insgesamt wird damit die Temperatur der Schmelze im Verteiler als Maß zur Vorhersage der Temperaturverhältnisse in der Gießform verwendet. Auf diese Weise können die aktuellen Temperaturverhältnisse in der Kokille vorhergesagt werden bzw. mittelbar innerhalb einer "Inkubationszeit" erfaßt werden und zur Einstellung einer optimalen Gießgeschwindigkeit bzw. eines Gießgeschwindigkeitsbereiches genutzt werden. Die Gießgeschwindigkeit wird demnach nicht unmittelbar in Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze in der Kokille, sondern mittelbar über die Verteilertemperatur eingestellt.Overall, the temperature of the melt in the distributor is used as a measure of the prediction the temperature conditions used in the mold. In this way the current temperature conditions in the mold can be predicted or indirectly within an "incubation period" and for adjustment an optimal casting speed or a casting speed range be used. The casting speed is therefore not directly dependent from the temperature of the melt in the mold, but indirectly above the manifold temperature is set.
Durch diese Vorhersagemöglichkeit bietet das Verfahren die Möglichkeit, auf eine sich abzeichnende, beispielsweise zu starke, Abkühlung der Schmelze im Gießspiegel der Kokille, welche durch die Bestimmung der äquivalenten T*liq-Temperatur im Verteiler, die auf der Schmelzetemperaturmessung im Verteiler basiert, angezeigt wird, durch eine entsprechende Gießgeschwindigkeitserhöhung zu reagieren, um eine Gießstörung in der Kokille in Form von Oberflächenfehlern auf dem Gußprodukt oder eines Durchbruchs zu vermeiden. Diese relativ früh erkennbare Problematik bzw. Vorhersage der Geschehnisse in der Gießform bzw. Kokille wird besonders deutlich mit Hilfe einer Temperatur-Dauermessung der Schmelze im Verteiler und basiert auf der langen Verweilzeit des Stahles von beispielsweise 8 Minuten im Verteiler, die ausreichend Zeit für eine entsprechende Änderung der Gießgeschwindigkeit gibt.With this prediction option, the method offers the possibility of an emerging, for example excessive cooling of the melt in the mold level of the mold, which is indicated by the determination of the equivalent T * liq temperature in the distributor, which is based on the melt temperature measurement in the distributor to react by a corresponding increase in the casting speed in order to avoid a casting defect in the mold in the form of surface defects on the cast product or a breakthrough. This relatively early recognizable problem or prediction of what is happening in the casting mold or mold becomes particularly clear with the help of a temperature measurement of the melt in the distributor and is based on the long residence time of the steel, for example 8 minutes in the distributor, which is sufficient time for a corresponding Change the casting speed there.
Verfahrensgemäß werden zum Erreichen einer guten Prozeßführung Daten "online" gemessen werden, die den Erstarrungsvorgang in der Kokille bei einer hierzu optimalen Gießgeschwindigkeit und gleichzeitig einer stärungsfreien Produktion und guten Oberflächenqualität sicherstellen.According to the method, data is "online" to achieve good process management be measured, the solidification process in the mold at one of these optimal casting speed and at the same time a reinforcement-free production and ensure good surface quality.
Die Erfindung macht deutlich, daß mit der Erfassung der Schmelzetemperatur im Verteiler durch diskontinuierliche und/oder kontinuierliche Messung sowie durch die qualitative "online"-Erfassung der Wärmeverluste der Schmelze im Verteiler und zwischen Verteiler und Gießform eine optimale, durchbruchsichere und ggf. vollautomatische Schmelzenführung allein auf den Daten der Schmelzetemperatur im Verteiler und der äquivalenten T*liq-Temperatur der Schmelze im Verteiler, T*liq. +0°C und ihren Isothermen +5 bis +20°C, vorzugsweise in einem Schrittintervall von jeweils 5°C, bzw. die Temperaturverläufe über die Gießgeschwindigkeit zur Erzeugung eines Isothermenfensters sichergestellt werden kann.The invention makes it clear that with the detection of the melt temperature in the distributor by discontinuous and / or continuous measurement and by the qualitative "online" detection of the heat losses of the melt in the distributor and between the distributor and the casting mold, an optimal, breakdown-proof and possibly fully automatic melt guidance alone on the data of the melt temperature in the distributor and the equivalent T * liq temperature of the melt in the distributor, T * liq. + 0 ° C and their isotherms +5 to + 20 ° C, preferably in a step interval of 5 ° C each, or the temperature profiles can be ensured via the casting speed to generate an isothermal window.
Um ein sicheres Gießen zu erreichen, wird die Gießgeschwindigkeit so gewählt, daß die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder oberhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 5°C verläuft. Vorzugsweise soll die Temperatur der Schmelze im Verteiler entlang oder unterhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 20°C verlaufen, besonders vorzugsweise unterhalb der Isothermen des äquivalenten Liquidus-Temperaturverlaufs T*liq + 15°C.In order to achieve reliable casting, the casting speed is chosen so that the temperature of the melt in the distributor runs along or above the isotherms of the equivalent liquidus temperature curve T * liq + 5 ° C. The temperature of the melt in the distributor should preferably run along or below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 20 ° C, particularly preferably below the isotherms of the equivalent liquidus temperature profile T * liq + 15 ° C.
Insgesamt sollen diese ermittelten äquivalenten Liquidus-Temperaturverläufe T*liq + 0°C bzw. x°C einer Schmelze mit vorgegebenen Isothermenfenster in einem Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm über die Gießzeit einer Schmelze dargestellt werden und optisch sichtbar gemacht werden. Auf diese Weise ist eine Prozeßbeobachtung stets möglich. Gleichzeitig wird vorgeschlagen, daß in dieses Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm Einflußgrößen einfließen, die das Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm zu höheren oder niedrigeren Temperaturen verschiebt und somit dynamisch verändert. Spezielle Einflußgrößen und deren Auswirkungen werden in der BFigurenbschreibung erläutert.All in all, these determined equivalent liquidus temperature profiles T * liq + 0 ° C or x ° C of a melt with given isothermal windows should be shown in a manifold temperature / casting speed diagram over the casting time of a melt and made visually visible. In this way, process monitoring is always possible. At the same time, it is proposed that influencing variables flow into this distributor temperature / casting speed diagram, which shifts the distributor temperature / casting speed diagram to higher or lower temperatures and thus changes dynamically. Special influencing variables and their effects are explained in the B figure description.
In den Wärmeverlust der Schmelze im Verteiler gehen die Verweilzeit der Schmelze im Verteiler ein, wobei die Verweilzeit der Schmelze im Verteiler abhängig ist von der Gießleistung, die wiederum bestimmt wird von der Gießbreite, der Erstarrungsdicke, der Gießgeschwindigkeit, dem aktuellem Verteilerfüllstand sowie dem Verhältnis von Verteileroberfläche zu dessen Volumen bzw. der Verteilergröße, das Absinken des Schmelzegewichts im Verteiler in Abhängigkeit zu dessen Oberflächen/Volumenverhältnis, die anfängliche Aufheizungszeit des Verteilers zur Einstellung der der Schmelzetemperatur entsprechenden Gleichgewichtstemperatur sowie die Isolation bzw. der Isolationszustand des Verteilers und somit die Wärmeabstrahlung des Verteilers.The residence time of the melt goes into the heat loss of the melt in the distributor in the distributor, the residence time of the melt in the distributor being dependent the casting performance, which in turn is determined by the casting width, the solidification thickness, the casting speed, the current distributor level and the Ratio of distributor surface to its volume or the distributor size, the decrease in the melt weight in the distributor depending on it Surface / volume ratio, the initial heating time of the distributor for setting the equilibrium temperature corresponding to the melt temperature as well as the isolation or the isolation status of the distributor and thus the Heat radiation from the distributor.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene System findet Anwendung in einer Stranggießmaschine mit einer oszillierenden Standkokille oder Wanderkokille, auch in Stranggießmaschinen mit einer Gießform, die als 2-Rollen-Kokille (Twin Roller) oder Bandkokille ausgebildet sind. Gerade bei den letzten beiden Verfahren erlaubt das vorgeschlagene System bei den notwendigen hohen Gießgeschwindigkeiten mit kürzer werdenden Erstarrungszeiten bei kleinerer Erstarrungsdicke eine optimale Prozeßführung.The system proposed according to the invention is used in a continuous casting machine with an oscillating stand mold or traveling mold, also in Continuous casting machines with a casting mold that acts as a 2-roller mold (twin roller) or belt mold are formed. Allowed especially in the last two procedures the proposed system at the necessary high casting speeds with shorter solidification times with a smaller solidification thickness one optimal process control.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung: Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- schematisch einen Querschnitt eines Ausschnitts einer Stranggießmaschine mit einem Verteiler und einer oszillierenden Kokille;
- Fig. 1a
- schematisch einen Längsschnitt einer Bandgießanlage mit Bandkokille;
- Fig. 1b
- schematisch einen Querschnitt einer 2-Rollen-Anlage mit 2-Rollen-Kokille;
- Fig. 2a
- ein Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm bzw. T/vC-Raster nach der Erfindung;
- Fig. 2b
- das Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm bzw. T/vc-Raster der Fig. 2a mit eingetragenen äquivalenten T*liq-Verläufen;
- Fig. 3
- ein dynamisches Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeits diagramm (T/vc-Raster) nach der Erfindung;
- Fig. 3a
- die schematische Darstellung des Einflusses der Verteilerisolation (E) und der Gießleistung (D) auf das Verteilertemperatur-/Gieß geschwindigkeitsdiagramm;
- Fig. 3b
- die schematische Darstellung des Einflusses der anfänglichen Aufheizphase des Verteilers zur Einstellung eines Temperatur-Gleichgewichtszustands (A), des Absinkens des Gewichts der Schmelze im Verteiler (B) sowie einer Liquid-Core-Reduction (C);
- Fig. 4
- dynamisches Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm (T/vc-Raster) mit einer Häufigkeitsverteilung von ordnungsgemäßen Schmelzen und einem Durchbruch über einen Zeitabschnitt;
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung einer Stranggießmaschine mit einer oszillierenden Kokille sowie einer Steuerungs- und Darstellungsein heit.
- Fig. 1
- schematically shows a cross section of a section of a continuous casting machine with a distributor and an oscillating mold;
- Fig. 1a
- schematically shows a longitudinal section of a belt caster with belt mold;
- Fig. 1b
- schematically shows a cross section of a 2-roll system with 2-roll mold;
- Fig. 2a
- a manifold temperature / casting speed diagram or T / v C grid according to the invention;
- Fig. 2b
- the distributor temperature / pouring rate diagram or T / v c grid of FIG. 2a with registered equivalent T * liq curves;
- Fig. 3
- a dynamic manifold temperature / casting speed diagram (T / v c grid) according to the invention;
- Fig. 3a
- the schematic representation of the influence of the distributor insulation (E) and the casting performance (D) on the distributor temperature / casting speed diagram;
- Fig. 3b
- the schematic representation of the influence of the initial heating phase of the distributor for setting a temperature equilibrium state (A), the drop in the weight of the melt in the distributor (B) and a liquid core reduction (C);
- Fig. 4
- dynamic distribution temperature / casting speed diagram (T / v c grid) with a frequency distribution of proper melting and a breakthrough over a period of time;
- Fig. 5
- is a schematic representation of a continuous casting machine with an oscillating mold and a control and display unit.
Figur 1a stellt schematisch einen Teil des Gießprozeßablaufs einer Stahlschmelze
in einer Stranggießmaschine dar, während Figur 5 einen Überblick über eine vollständige
Stranggießmaschine gibt. Für den Gießprozeßablauf wird die Schmelze
über eine Pfanne 1 in einen Verteiler 2 gegossen, aus dem sie anschließend über
einen Tauchausguß (auch SEN) 3 in die Kokille 4 einströmt. Nach der in Figur 1
dargestellten Ausführungsform des Gießverfahrens handelt es sich um eine in der
Vertikalen gegenüber der erstarrenden Strangschale 5a, b oszillierende (vgl. Pfeile
in den Kokillenseitenwänden 6a, b) Standkokille, beispielsweise eine Dünnbrammenkokille.
Die Ausflußgeschwindigkeit der Schmelze aus dem Verteiler wird mittels
eines vertikal verfahrbaren Stopfens 7 mit Verfahreinrichtung 7a oder eines
Schiebers 8 geregelt. Das Tauchrohr 3 taucht in die Kokille 4 ein. Mit 9 ist der sich
einstellende Gießspiegel, mit 10 das Gießpulver bzw. sich bildende Gießschlacke
gekennzeichnet. Insgesamt ergibt sich die Gießgeschwindigkeit vc. Mit x ist die
sich durch die Kokillenabmessungen ergebende Brammenbreite beim Austritt aus
der Kokille bezeichnet.Figure 1a schematically represents part of the casting process of a molten steel in a continuous casting machine, while Figure 5 gives an overview of a complete continuous casting machine. For the casting process, the melt is poured via a pan 1 into a
Der Verteiler 2 weist im thermischen Gleichgewicht mit der Schmelze eine Wärnieabstrahlung,
hier gekennzeichnet durch 11, auf, die mit einer Hauttemperatur
von beispielsweise 100°C angegeben werden kann und die somit zu einem Wärnieverlust
des Stahls während seiner Verweilzeit im Verteiler führt. Der Verteiler 2
ist weiterhin gekennzeichnet durch ein maximales Gewicht der Schmelze mit einer
maximalen Füllhöhe (hmax) im Verhältnis zu der jeweiligen Ist-Füllhöhe hist. The
Verfahrensgemäß werden neben der Messung der Schmelzetemperatur (TVerteiler)
im Verteiler, hier gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung 12, bei der es sich
um eine diskontinuierlich oder kontinuierliche Messung handeln kann, die Wärmeverluste
der Schmelze im Tauchrohr (SEN) 3, hier durch 13 gekennzeichnet, sowie
ggf. die Ist-Füllhöhe hist des Verteilers erfaßt, die unmittelbar auf den Wärmeverlust
des Stahles im Verteiler Einfluß hat.According to the method, in addition to the measurement of the melt temperature (T distributor ) in the distributor, here characterized by a measuring
In den weiteren Fig. 1a und 1b wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. System nicht auf ein Stranggießen mit einer oszillierenden Kokille beschränkt
ist, es sind ebenfalls Gießprozesse nach dem Bandgießverfahren (Fig.
1a), bei dem die Schmelze aus einem Verteiler 102 auf ein gekühltes Endlosband
104, welches um zwei Rollen 114, 115 läuft, gegossen und abgezogen wird, oder
beispielsweise das 2-Rollen-Gießen (Fig. 1b), bei der die Schmelze aus einem
Verteiler 202 zwischen zwei gegenläufig rotierende Rollen 214, 215 gegossen wird
und anschließend abgezogen wird, denkbar.In the further FIGS. 1a and 1b it is clear that the method according to the invention
or system is not limited to continuous casting with an oscillating mold
is, there are also casting processes using the strip casting process (Fig.
1a), in which the melt from a
Ausgehend von dem mittels Fig. 1 dargestellten Stofffluß stellen die Fig. 2 und 2a die Zusammenhänge zwischen der Schmelzentemperatur im Verteiler bzw. der Überhitzung der Schmelze im Verteiler (oder des Wärmeverlustes der Schmelze im Verteiler und zwischen Verteiler und Badspiegel der Kokille) und der Gießgeschwindigkeit dar sowie die Nutzbarmachung dieser Zusammenhänge für die rechnerische Vorhersage der Temperatur der Schmelze im Badspiegel in der Kokille. Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 2 im Gießgeschwindigkeitsbereich von 3,5 bis 6,0 m/min. Unter Verteilertemperatur ist jeweils die Temperatur der Schmelze im Verteiler zu verstehen.Starting from the material flow represented by FIG. 1, FIGS. 2 and 2a the relationships between the melt temperature in the distributor or the Overheating of the melt in the distributor (or the heat loss of the melt in the distributor and between the distributor and bath level of the mold) and the casting speed and the utilization of these relationships for the mathematical prediction of the temperature of the melt in the bath level in the mold. FIG. 2a shows a section from FIG. 2 in the casting speed range from 3.5 to 6.0 m / min. The temperature of the is below the manifold temperature Understand melt in the manifold.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß beispielsweise bei konstantem Gießformat, bei konstanter Verteilerhauttemperatur und bei konstantem Verteilervolumen der Verlust der Wärme einer Schmelze einer besteimmten Legierung zwischen Verteiler und Kokille bei einer Gießgeschwindigkeit von 4 m/min mit 30 °C und bei einer Gießgeschwindigkeit von 6 m/min mit 20°C ermittelt wurde. Die weiteren Abhängigkeiten sind mit 14 bezeichnet. Hieraus wird das Verhältnis sichtbar, daß bei niedriger Gießgeschwindigkeit der Schmelze im Verteiler bzw. zwischen Verteiler und Kokille mehr Wärme entzogen wird und deshalb die Überhitzung der Schmelze im Verteiler konsequenterweise höher sein muß, um eine zu frühe Erstarrung in der Kokille und somit Brückenbildung zu vermeiden. Faßt man zusammen, so kann quantitativ gesagt werden, daß sich mit halber Verweilzeit der Stahlschmelze oder bei Verdoppelung der Gießgeschwindigkeit bzw. der Strangbreite bei konstanter Erstarrungsdicke und bei konstanter Stahlmenge im Verteiler der Wärmeverlust halbiert und mit kleinerem Verteilervolumen sich der Wärmeverlust entsprechend dem Oberflächen/Volumen-Verhältnis und der Verweilzeit in der Summe verringert.From Fig. 2 it can be seen that, for example, with constant casting format, with constant Distribution skin temperature and with a constant distribution volume the loss the heat of a melt of a specific alloy between the distributor and Chill mold at a casting speed of 4 m / min at 30 ° C and at a casting speed of 6 m / min at 20 ° C was determined. The other dependencies are designated by 14. From this the relationship becomes visible, that at lower Pouring speed of the melt in the distributor or between the distributor and the mold more heat is extracted and therefore the overheating of the melt in the Consistently higher must be in order to solidify too early in the Avoid mold and thus bridging. To summarize, it can can be said quantitatively that with half the residence time of the steel melt or when doubling the casting speed or the strand width at constant Solidification thickness and with a constant amount of steel in the distributor the heat loss halved and with a smaller manifold volume the heat loss correspondingly the surface / volume ratio and the total residence time reduced.
Die in das Diagramm eingezeichnete äquivalente T*liq-Temperatur der Schmelze
im Verteiler (15) bzw. der äquivalente T*liq-Temperatur-Verlauf (T*liq +0°C) zeigen
auf, bei welcher Temperatur im Verteiler die Stahltemperatur in der Kokille die Liquidus-Temperatur
erreichen wird. Wird die Liquidus-Temperatur (hier etwa
1500°C) in der Kokille zu früh erreicht, so findet die Erstarrung bereits im Gießspiegel
und nicht erst bei Kontakt mit den Kokillenwänden zur Ausbildung der erwünschten
Strangschale statt, womit eine Brückenbildung und damit ein Durchbruch
durch fehlende Schlackerischmierung oder schadhafte Strangoberflächen
verbunden sind. Ein sicheres Gießen ist nur gegeben, wenn die Gießgeschwindigkeit
so eingestellt wird, daß die Temperatur der Schmelze oberhalb der Isotherme
T*liq +0°C, insbesondere oberhalb der Isothermen T*liq +5°C, verläuft. Verfahrensgemäß
wird vorgeschlagen, auf Grundlage dieses äquivalenten Temperaturverlaufs
deren Isothermen schrittweise für 5°C in dieses Diagramm einzutragen, so
daß sich das in Fig. 2a dargestellte Isothermenfenster mit T*liq + x°C für x=+5,
+10, +15 und +20°C ergibt (16). Vorteilhafterweise ergibt sich dann das Gießfenster
mit einer Verteilertemperatur zwischen T*liq +5°C und T*liq +15°C bzw. den
entsprechenden Temperaturverläufen. Das bevorzugte Gießfenster 17 ist schraffiert
dargestellt.The equivalent T * liq temperature of the melt in the distributor (15) and the equivalent T * liq temperature curve (T * liq + 0 ° C) shown in the diagram show the temperature in the distributor at which the steel temperature in the Mold will reach the liquidus temperature. If the liquidus temperature (here about 1500 ° C) in the mold is reached too early, the solidification already takes place in the mold level and not only when it comes into contact with the mold walls to form the desired strand shell, which leads to bridging and thus a breakthrough due to the lack of it Slag lubrication or defective strand surfaces are connected. Safe pouring is only possible if the pouring speed is set so that the temperature of the melt is above the isotherm T * liq + 0 ° C, in particular above the isotherm T * liq + 5 ° C. According to the method, it is proposed to enter their isotherms step by step for 5 ° C in this diagram on the basis of this equivalent temperature profile, so that the isotherm window shown in FIG. 2a with T * liq + x ° C for x = + 5, +10, +15 and + 20 ° C gives (16). The pouring window then advantageously results with a distributor temperature between T * liq + 5 ° C and T * liq + 15 ° C or the corresponding temperature profiles. The preferred pouring
Das in Fig. 2 bzw. 2a dargestellte Verhältnis der Temperatur der Schmelze zur Gießgeschwindigkeit ist von verschiedenen Faktoren beeinflußbar, die das T/vc-Raster zu höheren oder niedrigeren Temperaturen verschieben und somit eine Dynamik einbringen. Der Einfluß verschiedener Faktoren ist in Figur 3 dargestellt. So wächst der Wärmeverlust mit dem Absinken des Verteilergewichtes in Funktion zum Oberflächen/Volumen-Verhältnis des Verteilers und zur Verweilzeit (Einfluß B), wie schematisch in Fig. 3b dargestellt. Ebenfalls erhöht sich der Wärmeverlust und damit die notwendige Überhitzung durch die sogenannte "Liquid Core Reduction", wobei der Strang mit noch flüssigem Sumpf von einer Kokillenaustrittsdicke x auf eine kleinere Erstarrungsdicke y reduziert wird (Einfluß C).The ratio of the temperature of the melt to the casting speed shown in FIGS. 2 and 2a can be influenced by various factors which shift the T / v c grid to higher or lower temperatures and thus introduce a dynamic. The influence of various factors is shown in Figure 3. The heat loss increases with the drop in the weight of the distributor as a function of the surface / volume ratio of the distributor and the residence time (influence B), as shown schematically in FIG. 3b. The heat loss and thus the necessary overheating due to the so-called "liquid core reduction" also increase, the strand with still liquid sump being reduced from a mold exit thickness x to a smaller solidification thickness y (influence C).
Dagegen verringert sich der Wärmeverlust mit größerer Gießleistung durch einen
anfänglich zunehmenden Aufheizvorgang des Verteilers 2 beim Gießen der ersten
Schmelze, wobei die Temperatur sich nach einer bestimmten Zeit auf eine Gleichgewichtstemperatur
einstellt (vgl. Fig. 2b). Beispielsweise beträgt die Zeit tGG ca.
20 - 30 min, bis ein Temperatur-Gleichgewicht zwischen Verteiler und Schmelze
eingestellt ist (Einfluß A). Zudem verringert sich der Wärmeverlust mit zunehmender
Gießbreite, in Fig. 3a mit dem Verhältnis D zu D1 dargestellt) sowie mit zunehmender
Erstarrungsdicke (D2) und mit verbesserter Isolation des Verteilers der
Verteilerausmauerung (Einfluß E, Fig. 3a) oder sinkende äußere Verteilerhauttemperatur
und des Tauchausgusses.In contrast, the heat loss with greater casting performance is reduced by an initially increasing heating process of the
Mit diesen Einflüssen A bis E wird das T/vC-Raster dynamisch und kann während des Gießens mit Hilfe von 'online'-aufgenommenen Prozeßdaten ständig aktualisiert werden. With these influences A to E, the T / v C grid becomes dynamic and can be constantly updated during casting with the help of process data recorded online.
Nach Fig. 4 ist in einem solchen dynamischen Temperatur-Gießgeschwindigkeitssystem das Gießeigenschaftsverhalten einer Schmelze mit bestimmter Zusammensetzung wiedergegeben, wobei die jeweilige Gießgeschwindigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren optimal angepaßt wird, hier dargestellt durch 18. Des weiteren ist in Fig. 4 die Häufigkeitsverteilung (19) der Temperaturen der Schmelze im Verteiler im gegebenen Diagramm einer hier - Monatsproduktion - von guten und damit unauffälligen Schmelzen eingetragen, um eine Optimierung der Schmelzenführung statistisch ermitteln zu können.4 is in such a dynamic temperature casting rate system the casting properties behavior of a melt reproduced certain composition, the respective casting speed is optimally adapted by the method according to the invention, represented here by 18. Furthermore, the frequency distribution (19) is shown in FIG. the temperatures of the melt in the distributor in the given diagram one here - Monthly production - of good and thus inconspicuous melts entered to to be able to statistically determine an optimization of the melt flow.
Es ist zudem ein weiterer Schmelzenverlauf dargestellt (20), bei dem der Strang zu langsam gegossen oder eine zu geringe Überhitzung aufwies, und die Temperatur der Schmelze bereits im Gießspiegel der Kokille Tliq. erreicht wurde. Die Temperatur der Schmelze im Verteiler entspricht der äquivalenten Temperatur T*liq oder ist kleiner als T*liq, (21); es kommt zum Durchbruch des Strangs durch eine Vorerstarrung im Gießspiegel und damit zu einer Störung der Schlackenschmierung zwischen Strangschale und Kokillenwand und somit zum Ausschuß.A further course of the melt is also shown (20), in which the strand is poured too slowly or has insufficient overheating, and the temperature of the melt is already in the mold level of the mold T liq. was achieved. The temperature of the melt in the distributor corresponds to the equivalent temperature T * liq or is less than T * liq , (21); the strand breaks through a pre-solidification in the mold level and thus the slag lubrication between the strand shell and the mold wall is disturbed and thus rejects.
Fig. 5 zeigt eine Übersicht einer Stranggießmaschine mit einer Pfanne 300 sowie
einer die Pfanne 300 aufnehmenden Haltevorrichtung 301 und einem Verteiler 302
mit entsprechender Haltevorrichtung 303. Der Wärmeverlust der Schmelze im
Verteiler wird mittels geeigneter Meßeinrichtungen 304 ermittelt und die Daten
über entsprechende Leitungen 305, 306 in einen Computer 307 eingespeist.
Ebenfalls ist es denkbar, bereits den Wärmeverlust der Schmelze in der Pfanne
mittels Meßeinrichtungen 308 zu messen und über die Leitung 309 in den Computer
einzuspeisen. Es ist auch denkbar, in einer ersten Näherung von einer konstanten
Stahltemperatur in der Pfanne mit einem Temperaturabfall von beispielsweise
0,1°C/min auszugehen. Verfahrensgemäß wird bei Kenntnis der aktuellen
Überhitzung in der Schmelze, die um so sicherer ermittelbar ist, je mehr Faktoren
erfaßt werden, und der Liquidus-Temperatur der Legierung die äquivalente Liquidus-Temperatur
berechnet und im Temperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramm
mittels eines Monitors 310 dargestellt. Es wird nun automatisch oder halbautomatisch
oder auch durch Bedienpersonal manuell durch Eingabemittel 311 eine Soll-Gießgeschwindigkeit,
die im dargestellten Isothermenfenster liegt, eingestellt, und
über eine Leitung 312 der Schieber oder Stopfen des Verteilers als Einstelimittel
(315) für die Gießgeschwindigkeit gesteuert. Nach Erstarren der Strangschale wird
der Strang 314 kontinuierlich über Rolleneinheiten 313 (Biege- und Richteinheiten)
abgezogen.5 shows an overview of a continuous casting machine with a
Vorzugsweise sind das erfindungsgemäße Verfahren und das System eingesetzt für das Dünnbrammengießen. Eine Dünnbramme von beispielsweise 50 mm Erstarrungsdicke benötigt eine Erstarrungszeit von etwa 1 min. Die Vorgänge in der Kokille bei Gießgeschwindigkeiten von bisher maximal 8 m/min und in naher Zukunft 10 m/min machen für ein betriebssicheres Gießen eine genaue Temperatur- und Geschwindigkeitsführung notwendig, welche erfindungsgemäß bereitgestellt wird.The method and the system are preferably used for thin slab casting. A thin slab of, for example, 50 mm solidification thickness requires a setting time of about 1 min. The events in the Mold at casting speeds of up to 8 m / min so far and in the near future 10 m / min make a precise temperature and Speed control necessary, which is provided according to the invention becomes.
Claims (12)
gekennzeichnet durch
marked by
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
gekennzeichnet durch Mittel (310) zur optischen Darstellung der isothermen Temperaturverläufe in einem Verteilertemperatur-/Gießgeschwindigkeitsdiagramms und deren Einflußgrößen. System according to claim 10,
characterized by means (310) for the optical representation of the isothermal temperature profiles in a distributor temperature / casting speed diagram and their influencing variables.
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