DE19953504A1 - Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen einer Soll-Gießgeschwindigkeit. Hierzu wird die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer vorzugsweise online-meßbaren Änderung der Wärmestromdichte dieser integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die "kritische Wärmestromdichte" (q krit) abgesenkt, bis sich die Wärmestromdichte infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Kühlwasser- Durchflußgeschwindigkeit durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Errei­ chen einer Soll-Gießgeschwindigkeit.

Zwischen der zur Wärmeabfuhr aus Platten einer Kokille erforderlichen Kühlwas­ ser-Durchflußgeschwindigkeit und der sich dabei einstellenden Wärmestromdichte besteht ein unmittelbarer Zusammenhang.

Insbesondere beeinflußt die Kühlwassergeschwindigkeit und damit der Wärme­ transport aus den Platten die Temperatur der dem Schmelzbad zugewandten Plattenoberflächen, von welchen wiederum die Ausbildung eines genügend wirk­ samen Schmierfilms aus einem aufzuschmelzenden Schmiermittelpulver zwischen Kokillenplatte und Strangschale abhängt.

Weitere Einflußgrößen sind hierbei die Plattendicke, die Gießgeschwindigkeit so­ wie die Temperatur der Schmelze im Tundish oberhalb der Überhitzungstempe­ ratur T liquidus. Die Höhe der Wärmestromdichten beeinflußt zudem die Tendenz zur Bildung von Fehlern in der Strangschale, beispielsweise von Längsrissen an der Strangschalenoberfläche, wie dies in der Publikation MPT International 3/1997, Vol. 20, Seite 64/76 (Verlag Stahleisen Düsseldorf) beschrieben ist.

Zur Unterstützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms werden vielfach exotherme Gießpulver eingesetzt, die in kurzer Zeit genügend Flüssig­ phase bilden, um einen Schmierfilm für den Gießstart zu gewährleisten. Während des dann folgenden Übergangs von exothermen Angießpulvern zu granulierten Gießpulvern wird jedoch ein steiler Anstieg der Wärmestromdichte q [MW/m²] der Kokillenkreisläufe beobachtet, der auf einen zu dünnen Gießpulverschmierfilm im Meniskusbereich der Kokille zurückzuführen ist.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass die Wärmestromdichte q in Ab­ hängigkeit der Stahlanalyse und des verwendeten Gießpulvers differiert. Insbe­ sondere werden für rissempfindliche HSLA-Medium-Carbon-Stähle basische Gießpulver, Basengrad B < 1, eingesetzt, die den Wärmedurchgang durch die Gießpulverschlacke über eine porös-kristalline Teilschicht kupferseitig herabset­ zen. Damit wird die werkstoffspezifische Wärmestromdichte q rissempfindlicher Stähle begrenzt.

Die Berechnung des Basengrades von Gießpulvern ist aus der Literatur hinrei­ chend bekannt.

Versuche mit unterschiedlichen Kühlwassermengen haben gezeigt, daß die Kühl­ wassermenge und damit zusammenhängend die Kühlwasser-Durchfluß­ geschwindigkeit V_Kokille einen deutlichen Einfluß auf die Tendenz zur Bildung von Längsrissen in den Startbrammen haben. Beispielsweise kann oberhalb der er­ kannten "kritischen Wärmestromdichte - q krit" und insbesondere in Funktion der Gießgeschwindigkeit eine lokale Schädigung des Strangschalenwachstums auf­ grund eines zu dünnen Schmierfilms bzw. eines lokal unterbrochenen Gießpulver­ schmierfilms im Meniskusbereich zu Längsdepressionen führen, die bei Über­ schreitung der werkstoffspezifischen Hochtemperaturzähigkeitsgrenze anschlie­ ßend zu Längsrissen aufreißen können.

Über online angezeigte Wärmestromdichten der Kokillen-Breitseitenkreisläufe läßt sich der Zeitpunkt des Übergangs in den Bereich der kritischen Wärmestromdichte bestimmen bzw. überwachen.

Durch eine zeitabhängige integrative Regelung der Kokillenwasser- Durchflußgeschwindigkeit in Abhängigkeit der gemessenen Wärmestromdichten wird der Wärmedurchgangskoeffizient α (Alpha) durch die Kokillenwand reduziert, was einen kurzfristigen Temperaturanstieg an der Kontaktoberfläche der Kupfer- Plattenwand stahlseitig zur Folge hat.

Es sind Systeme bekannt, bei denen mittels in der Kokillenwand eingelassener Thermoelemente die Temperaturänderung und Temperaturverteilung über die Gießzeit beobachtet und über Differenzwertbildung eine Durchbruchsicherung aufgebaut wird.

Aus dem Dokument DE 41 17 073 C2 ist es bekannt, mit Hilfe einer kalorimetri­ schen Messung an einer Brammenkokille den integralen und spezifischen Wär­ metransport an jeder einzelnen Kupferplatte zu bestimmen. Ein Vergleich der spe­ zifischen Wärmeströme von der dem Stahl zugewandten Kupferplattenseite, spe­ ziell der Schmalseiten mit denen der zwei Breitseiten, ermöglicht die Regelung der Schmalseitenkonizität unabhängig von den im einzelnen gewählten Gießparame­ tern. Die bekannte Vorrichtung eignet sich nicht für eine sichere Früherkennung einer akuten Durchbruchgefahr.

Aus der DE 24 15 224 C3 ist eine Plattenkokille für Brammen bekannt, deren Ko­ killenwände Kühlkammern besitzen, die begrenzte Kühlbereiche umfassen. An die Wasserzu- und -abflußleitungen der Breitseiten sind Meßglieder zur Bestimmung der abgeführten Wärmemenge bzw. der Kühlleistung angeschlossen. Weiterhin wird in den Meßgliedern gleichzeitig ein Durchschnittsschwert der Kühlleistung der Kühlkammern gebildet, welcher einem Durchschnittsbildner zugeleitet wird, mit dem die Konizität der Schmalseiten gesteuert werden kann. Eine Durchbruchfrüh­ erkennung mit zufriedenstellender Genauigkeit ist allein aufgrund der Messung der Wärmeströme in der Kokille jedoch nicht möglich.

Aus einer Reihe von Schriften, bspw. DE-OS 15 08 966, DAS 23 19 323, DE-PS 23 20 277, DE-PS 24 40 273 und DE 34 23 475 C2 ist es bekannt, die Strang­ schalendicke über Messungen der Kokillenwandtemperatur oder der aus der Ko­ kille abgeführten Wärmemenge zu steuern.

Allen diesen bekannten Methoden ist gemeinsam, daß die Kokille bzw. die ge­ samte Anlage nach Meßwerten im Vergleich zu vorgegebenen Soll-Werten ge­ steuert wird, wobei jedoch offen ist, inwieweit die vorgegebenen Soll-Werte den tatsächlichen Gegebenheiten oder Erfordernissen Rechnung tragen.

Aus der DE 197 14 217 A1 ist es bekannt, daß bei einem Verfahren zum Metall­ stranggießen, insbesondere zum Herstellen von Stahl-Dünnbrammen bei dem zur Schlackenbildung auf den Badspiegel der Kokille ein Gießpulver aufgegeben wird, eine fehlerfreie Produktion mit erheblich geringerer Gefahr von Längsrissen er­ reicht wird, wenn das Gießpulver vor dem Aufgeben mit Energie derart angerei­ chert wird, daß durch exotherme Reaktionen zusätzliche Energie im Bereich der freien Badoberfläche wirksam wird. Ein hierzu geeignetes Gießpulver setzt sich aus CaSi und einem als Sauerstofflieferant dienenden Metalloxid und/oder Luft zusammen.

Und schließlich offenbart die EP 0 238 844 A1 ein Verfahren zum Angießen einer Stahlbandgießanlage. Die Stahlbandgießanlage ist mit einer Kokille mit gekühlten Schmalseitenwänden und Breitseitenwänden ausgerüstet. Die Kokille weist zur Aufnahme eines Gießrohres oberhalb eines formatbestimmenden Parallelab­ schnittes im Bereich der Breitseitenwände einen nach oben erweiterten Eingieß­ bereich auf. Eine kurze Angießzeit ohne ein Steckenbleiben des Bandes wird da­ durch erreicht, daß die Höhenlage des Gießspiegels wegverfolgt wird, daß der Bandabzug zwischen Auffüllung des formatbestimmenden Parallelabschnittes der Kokille und Bedecken der Gießrohraustrittsöffnungen gestartet wird und bis zur Erreichung der Soll-Gießspiegelhöhe auf eine Mindestabzugsgeschwindigkeit er­ höht wird, bei welcher das Gießsumpfende unterhalb des formatbestimmenden Parallelabschnittes bleibt.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kokillenkühlwasserregelung der Kokillenbreitseiten während des Gießstarts anzugeben, mit der eine wirksame Reduzierung des Längsrißbefalles der Startbrammen bei einem geregelten Gießstart erreicht wird, und die sich zur Durchführung im Rahmen eines automatischen Angießprogrammes ohne Proble­ me eignet.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An­ spruch 1 genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Kühlwasser- Durchflußgeschwindigkeit von einer anfangs vorgegebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer Änderung der Wärmestromdichte dieser integral derart angepaßt wird, daß bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die "kritische Wär­ mestromdichte" (q krit) die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit V_Kokille, die je nach Stahlqualität unterschiedlich sein kann, zunächst abgesenkt wird, bis sich die Wärmestromdichte q infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurchfluß­ geschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt. Mit großem Vorteil kann durch das Verfahren nach der Erfindung die aus der Literatur be­ kannte "kritische Wärmestromdichte" (q krit) vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit V_Kokille des Kokillenkühlwassers berücksichtigt die Bestimmung der kritischen Wärmestromdichte q krit in Abhängigkeit von der Stahlqualität und der verwende­ ten Gießpulver.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers (V_Kokille) durch die Kokille integrativ derart abgesenkt wird, bis der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der "kritischen Wärmestromdichteer­ höhung (q krit) von 0,02 bis 0,1 [MW/m² sec], vorzugsweise unterhalb eines Wertes von 0,05 MW/m² sec] liegt.

Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zeitgleich mit dem Abflachen der Wärmestromdichteerhöhung dq die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwas­ sers in Abhängigkeit von der Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll- Durchflußgeschwindigkeit angehoben wird.

Eine Unterstützung erfährt das Verfahren nach der Erfindung weiter dadurch, daß zu der Stützung eines raschen Aufbaues eines Gießpulverschmierfilms bei An­ gießbeginn bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden.

Und weiterhin ist im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der Erfindung ent­ sprechend einer weiteren Einflußgröße hilfreich, daß die Regelung der Kokillen- Wasserkreisläufe nach Maßgabe der Dicke der Kupferplatten eingestellt wird.

Dabei kann von der an sich bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.

Insbesondere sind die vorgenannten Einflußgrößen für die Berücksichtigung eines Startprogrammes von Bedeutung, wenn das Verfahren beim Gießstart mit Hilfe eines automatischen Angießprogramms durchgeführt werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt weiterhin zu reproduzierbaren, sicheren Ergebnissen, wenn es unter Zugrundelegung einer Überhitzungstemperatur im Tundish vor Angießbeginn zwischen T Liquidus +25 und +40°C vorgenommen wird.

Und schließlich kann beim Verfahren nach der Erfindung von der Maßnahme Ge­ brauch gemacht sein, daß die Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit (V_Kokille) unter hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflächenqualität des Gußstranges zusätzlich korrigiert wird. Eine derartige Beobachtung kann durch eine elektronische Kamera mit Bildübertragung zur Hauptsteuerbühne der Strang­ gießanlage problemlos durchgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Diagrammen (Fig. 1 bis 3) des Ver­ laufs der Wärmestromdichte sowie der Gießgeschwindigkeit und der Durchflußge­ schwindigkeit des Kühlmediums beim automatischen Angießvorgang mit kon­ stanter Kokillendurchflußmenge und im Vergleich hierzu mit integrativer Änderung der Kokillendurchflußgeschwindigkeit während des Gießstarts nach der Erfindung gezeigt.

In Fig. 1 bedeutet 1 den Gießstart, 2 die während des Gießstarts linear ansteigende Gießgeschwindigkeit [m/min]. In Fig. 2 bedeutet 3 die Kühlwas­ ser-Durchflußgeschwindigkeit [m/sec] und 4 die Wärmestromdichte q = [MW/m²]. Dabei zeigt Fig. 2 in Abhängigkeit der im Gießstart ansteigenden Gieß­ geschwindigkeit den steilen Anstieg der Wärmestromdichte dq = [MW/m² sec] mit einem ausgeprägten Maximum und anschließender Dämpfung der Verlaufskurve 4. Fig. 3 zeigt das Ergebnis der Erfindung: Steigen die Wärmestromdichten q der Kokillenbreitseiten oberhalb der errechneten theoretischen spezifischen Wär­ meabfuhr nach automatischem Gießstart überproportional an, so wird die Durch­ flußgeschwindigkeit V_Kokille der Kokillen-Breitseiten integrativ abgesenkt, bis der Anstieg der Wärmestromdichten dq unterhalb der der kritischen Wärmestrom­ dichteerhöhung von 0,05 MW/m² sec liegt. Zeitgleich mit dem Abflachen der Wärmestromdichteerhöhung dq wird die Durchflußgeschwindigkeit V_Kokille in Ab­ hängigkeit der Kupferplattendicke auf die Soll-Durchflußmenge angehoben.

Hierdurch wird der Steilanstieg der Wärmestromdichte, gemessen in MW/m², oberhalb der empirisch gemessenen kritischen Wärmestromdichteerhöhung wäh­ rend der Beschleunigungsphase der Gießgeschwindigkeit auf Soll-Gießgeschwin­ digkeit abgefangen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Regeln der Kühlwasser-Durchflußgeschwindigkeit V_Kokille durch Kokillenbreitseiten vom Gießstart bis zum Erreichen einer Soll- Gießgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers von einer anfangs vorge­ gebenen Geschwindigkeit nach Maßgabe einer Änderung der Wärmestrom­ dichte dieser integrativ angepaßt und bei einem Anstieg der Wärmestromdichte über die "kritische Wärmestromdichte" (q krit) abgesenkt wird, bis sich die Wärmestromdichte infolge eines Wieder-Hochfahrens der Kühlwasserdurch­ flußgeschwindigkeit bei einer erwünschten Wärmestromdichte einpendelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers integrativ derart abgesenkt wird, bis der Anstieg der Wärmestromdichte unterhalb der "kritischen Wär­ mestromdichteerhöhung" (q krit) von 0,02 bis 0,1 [MW/m² sec], vorzugsweise unterhalb eines Wertes von 0,05 [MW/m² sec] liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zeitgleich mit dem Abflachen der Wärmestromdichteerhöhung [MW/m² sec] die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers in Abhängigkeit von der Plattendicke der Kokillenbreitseite auf die Soll-Durchflußgeschwindigkeit ange­ hoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung eines raschen Aufbaus eines Gießpulverschmierfilms bei Angießbeginn bevorzugt exotherme Gießpulver eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Kokillen-Wasserkreisläufe nach Maßgabe der Dicke der Kupferplatten eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers zusätzlich nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießstart mit Hilfe eines automatischen Angießprogramms durchge­ führt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überhitzungstemperatur im Tundish vor Angießbeginn zwischen T li­ quidus +25 und +40°C eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter hilfsweiser Berücksichtigung einer visuellen Kontrolle der Oberflä­ chenqualität des Gußstranges die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers, ggf. mit weiteren Gießparametern, zusätzlich korrigiert wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeit (V_Kokille) des Kokillenkühlwas­ sers die Bestimmung der kritischen Wärmestromdichte (q krit) in Abhängigkeit der Stahlqualität und des verwendeten Gießpulvers berücksichtigt wird.