EP0907442B1 - Verfahren zur optimierung der strangoberflächenqualität - Google Patents

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EP0907442B1
EP0907442B1 EP97922831A EP97922831A EP0907442B1 EP 0907442 B1 EP0907442 B1 EP 0907442B1 EP 97922831 A EP97922831 A EP 97922831A EP 97922831 A EP97922831 A EP 97922831A EP 0907442 B1 EP0907442 B1 EP 0907442B1
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EP
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strand
casting
mould
friction
time behaviour
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Lothar Parschat
Hans Günter THURM
Hans Uwe Franzen
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SMS Demag AG
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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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/165—Controlling or regulating processes or operations for the supply of casting powder
    • 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/166—Controlling or regulating processes or operations for mould oscillation

Definitions

  • the present invention relates to a method on a casting plant for production of strands, especially steel strands.
  • the strand When casting steel strands in continuous casting plants, the strand is generally conveyed at a constant take-off speed.
  • the level of the casting mirror in the The mold is kept constant by regulating the feed of the melt from the distributor.
  • a suitable hydraulic mold drive system is from DE 35 43 790 C2 known.
  • the formation of the strand surface in addition to the type of lubrication between Chill mold and strand shell also changes within the mold, e.g. B. caused by oscillation parameters (stroke height, stroke frequency, curve shape) as well as the steel grade itself, the strand withdrawal speed, the cooling conditions as well as the steel temperature and also the type of strand guide, especially when Casting rollers are important, can only be seen by comparing the Mold oscillation curves in empty operation compared to the casting operation none draw immediate conclusions that would be suitable in the casting business immediately intervene.
  • oscillation parameters stroke height, stroke frequency, curve shape
  • the strand speed in the mold is considered assumed uniform speed, probably due to the fact that the strand withdrawal is accomplished by means of uniformly rotating rollers becomes.
  • the actual strand speed is determined by the Friction in the mold significantly affected. This is at one point, at times The up and down movement of the strand can be seen with the naked eye (see Steel u. Eisen (1987), No. 14, 15, pages 673 to 677. It is from DE 38 06 583 A1 known, the movement of the strand in an area as immediately as possible to detect after leaving the mold, the measurement signals by a Diode line camera fed to an evaluation unit or a display unit become.
  • the method known from this document serves for natural vibrations of the line or the system and the driving style of the whole Adjust the system so that critical areas are avoided.
  • a method according to the preamble of claim 1 is from DE-A-3806583 known.
  • the determined distance-time signal is fed to a computer and the Setpoint value of the line speed is formed from the path-time behavior of the line.
  • DE-A-2743579 from which it is known, is also mentioned Change mold powder composition, depending on certain Casting parameters, such as mold acceleration.
  • the invention aims to find an improvement of the known measuring methods, the an immediate influence on controllable operating parameters to improve the Surface quality allowed.
  • the measuring method delivers as Original information the temporal course of the strand path.
  • the path averaged over time is the relative path or the relative speed at the nominal distance or at the nominal speed. From the deviation from the actual and A control signal for changing the mold powder composition in the sense of a setpoint is Reduction of the coefficient of friction and / or the mold oscillation formed.
  • the friction work or the friction power in the drive system mold lifting table, and influencing variables are determined according to the given target values optimized.
  • the signal for changing the Mold oscillation of a control unit of the oscillation drive in the way switched on that the motion impulse transmitted from the mold to the strand is as small as possible or is close to zero. It is proposed as a measured value in the hydraulic drive between the differential pressure in the hydraulic cylinder Idle and operating state to use the measured value. A mechanical one This value can be obtained by a load cell.
  • the strand lubrication has a great influence on the coefficient of friction.
  • the casting powder should be in be changed in such a way that the coefficient of friction is reduced.
  • the mixing ratio of different casting powders to each other change and possibly influence the physical state of the mold powder in the way take that it at least softens through preheating and may is liquefied before it is fed to the melt in the mold.
  • the mold 12 is connected to a mold powder feed, which Barriers 16 is connected to the powder container 15.
  • the Powder feed 17 is also guided through a heating device 18.
  • a sensor is provided on the narrow side of the strand 11, here one Diode line camera, which detects the diode lines of the string, the camera in their alignment with the casting direction.
  • the diode line camera 21 is connected to the measurement receptacle 22 for a measurement line 28 the strand movement with respect to distance 24 and speed 23 is connected.
  • the signals relating to the change in line speed and line path a computer 26 and possibly a display device 25, possibly a printer, fed.
  • the computer 26 is connected to a control line 31 Control component 32 with actuators 16 regular gate valve Casting powder container 15 and via a control component 33 with the heating device 18 connected for the mold powder.
  • the computer 26 is also connected to a control component 35 via a control line 34 linked to control the oscillation 13.
  • Fig. 2 shows a typical expression of detected measurement signals.
  • the upper part is a Section of the mean speed of the mold shown in the given Example oscillates according to a sine curve.
  • the curve shown is a Example and shows characteristic actual forms with evaluable points. From the Arrangement of the minima, maxima and the turning points is the expert Possibility to draw conclusions about the actual behavior of the strand shell to pull the mold. For assessment, he uses the position of the strand to the - Time T with the curve shapes at points A. The distance S is the direct derivative of the speed V.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren an einer Gießanlage zur Erzeugung von Strängen, insbesondere von Stahlsträngen.
Beim Gießen von Stahlsträngen in kontinuierlichen Gießanlagen wird der Strang im allgemeinen mit einer konstanten Abzugsgeschwindigkeit ausgefördert. Das Niveau des Gießspiegels in der Kokille wird durch Regelung des Zulaufes der Schmelze aus dem Verteiler konstant gehalten. Einige Gießanlagen, insbesondere Knüppel- oder Bloomanlagen, gießen mit konstantem Zulauf der Schmelze aus dem Verteiler und regeln das Niveau in der Kokille durch Veränderung der Strangabzugsgeschwindigkeit. Diese beiden Maßnahmen sind dem Fachmann derart geläufig, daß es eines besonderen Literaturnachweises nicht bedarf.
In beiden vorgenannten Fällen, im ersten etwas einfacher als im zweiten, werden zur Feststellung von Anomalien im Umfeld der Kokille Versuche zur Messung der Reibungsverhältnisse zwischen Strang und Kokille gemacht. Diese Messungen sind so aufgebaut, daß die für die Kokillenbewegung erforderliche Kraft während des Gießens gemessen und den im Leerlauf auftretenden Kräften gegenübergestellt wird. Dabei werden bisher sowohl mechanisch als auch hydraulisch angetriebene KokillenOszillationsantriebe verwendet und untersucht. Für einen mechanischen Kokillenantrieb sind derartige Systeme aus "Concast Standard News", Volume 30, 1/1991, Seite 4 bis 5, bekannt.
Ein geeignetes hydraulisches Kokillenantriebssystem ist aus der DE 35 43 790 C2 bekannt.
Hinsichtlich der Ausbildung und Qualität der Strangoberfläche ist es bekannt (s. zum Beispiel "Stahl u. Eisen" 108 (1988) Nr. 3, Seiten 1125 bis 1127), daß bei oszillierenden Stranggießkokillen dem zur Anwendung gelangenden Gießpulver zur Bildung eines Schmierfilms zwischen Kokillenwand und Strangschale eine große Bedeutung zukommt. Man hat daher auch versucht (Stahl u. Eisen 107 (1987) Nr. 14, 15, Seite 673 bis 677) Aufschluß über das Verhalten des Stranges in der Kokille durch Messung der Ausziehkraft beim Anfahrvorgang zu erhalten. Hierzu wurde eine entsprechend ausgebildete Kraftmeßeinrichtung in den Kaltstrang eingebaut. Dieses Verfahren eignet sich natürlich nur für eine Überprüfung während des Anfahrvorganges. Während der eigentlichen Betriebsphase ist die Anwendung dieser Meßmethode nicht möglich.
Da für die Ausbildung der Strangoberfläche neben der Art der Schmierung zwischen Kokille und Strangschale auch Veränderungen innerhalb der Kokille, z. B. hervorgerufen durch Oszillationsparameter (Hubhöhe, Hubfrequenz, Kurvenform) sowie die Stahlgüte selbst, die Strangabzugsgeschwindigkeit, die Kühlbedingungen sowie die Stahltemperatur und auch die Art der Strangführung, insbesondere beim Gießwalzen von Bedeutung sind, lassen sich allein aus einem Vergleich der Kokillenoszillationsverläufe im Leerbetrieb gegenüber dem Gießbetrieb keine unmittelbaren Schlüsse ziehen, die geeignet wären in den Gießbetrieb unmittelbar einzugreifen.
Bei all diesen Betrachtungen wird die Stranggeschwindigkeit in der Kokille als gleichförmige Geschwindigkeit angenommen, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß auch der Strangabzug mittels gleichförmig umlaufender Walzen bewerkstelligt wird. Die tatsächliche Stranggeschwindigkeit wird jedoch durch die Reibungsverhältnisse in der Kokille wesentlich beeinflußt. Dies ist an einer, zeitweise mit bloßem Auge zu sehenden Auf- und Abbewegung des Stranges erkennbar (s. Stahl u. Eisen (1987), Nr. 14, 15, Seite 673 bis 677. Aus DE 38 06 583 A1 ist es bekannt, den Bewegungsablauf des Stranges in einem Bereich möglichst unmittelbar nach Verlassen der Kokille zu erfassen, wobei die Meßsignale durch eine Diodenzeilenkamera einer Auswerteeinheit oder einer Anzeigeeinheit zugeführt werden. Das aus dieser Schrift bekannte Verfahren dient dazu, Eigenschwingungen des Stranges oder der Anlage zu berücksichtigen und die Fahrweise der gesamten Anlage so einzustellen, daß kritische Bereiche vermieden werden.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-A-3806583 bekannt. Hierbei wird auch das ermittelte Weg-Zeit-Signal einem Rechner zugeführt und der Sollwert der Stranggeschwindigkeit aus dem Weg-Zeit-Verhalten des Stranges gebildet. Ferner sei noch die DE-A-2743579 erwähnt, aus der es bekannt ist die Gießpulverzusammensetzung zu ändern, und zwar in Abhängigkeit von bestimmten Gießparametem, wie der Kokillenbeschleunigung.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Verbesserung der bekannten Meßmethoden zu finden, die eine unmittelbare Einflußnahme auf steuerbare Betriebsparameter zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit erlaubt.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale der im Hauptanspruch angegebenen Verfahrensschritte. Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Erfindungsgemäß wird der tatsächliche Weg des Stranges und damit der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit gemessen. Die hieraus gewonnene tatsächliche Relativgeschwindigkeit wird dann mit anderen, ebenfalls erfaßten Einflußgrößen verglichen und mit einem geeigneten Korrelationsverfahren, im wesentlichen mit multipier Einflußgößenrechnung, untereinander in Beziehung gebracht. Das Meßverfahren liefert als Urinformation den zeitlichen Verlauf des Strangweges. Durch Differenzbildung mit einem gemittelten Weg wird der zeitliche Verlauf des Relativweges bzw. der Relativgeschwindigkeit zum Nominalweg bzw. zur Nominalgeschwindigkeit gebildet. Aus der Abweichung vom Ist- und Sollwert wird ein Steuersignal zur Änderung der Gießpulverzusammensetzung im Sinne einer Herabsetzung des Reibungsbeiwertes und/oder der Kokillenoszillation gebildet.
Durch Verknüpfung mit der Zylinderkraft des Antriebs wird die Reibarbeit bzw. die Reibleistung im Antriebssystem Kokillenhubtisch bestimmt, und Einflußgrößen werden entsprechend den gegebenen Zielgrößen optimiert.
Durch die One-line-Messung wird unter Verwendung der gefundenen Korrelationsbeziehungen ein geschlossener Regelkreis aufgebaut und Einfluß auf die Zielgröße "Oberflächenkontur" z.B. Gießmarkentiefe und Gießmarkenabstand genommen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Signal zur Änderung der Kokillenoszillation einer Steuereinheit des Oszillationsantriebes in der Weise aufgeschaltet, daß der von der Kokille auf den Strang übertragene Bewegungsimpuls möglichst gering ist oder nahe am Wert Null liegt. Als Meßwert wird vorgeschlagen, beim hydraulischen Antrieb den aus dem Differenzdruck im Hydraulikzylinder zwischen Leerlauf und Betriebszustand gebildeten Meßwert zu verwenden. Einer mechanischen Anlage kann dieser Wert durch eine Kraftmeßzelle gewonnen werden.
Einfluß auf den Reibwert wird im hohen Maße von der Strangschmierung genommen. Erfindungsgemäß soll bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert das Gießpulver in der Weise geändert werden, daß der Reibungsbeiwert herabgesetzt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, das Mischungsverhältnis verschiedener Gießpulver zueinander zu verändern und ggf. Einfluß auf den Aggregatzustand des Gießpulvers in der Weise zu nehmen, daß es durch Vorwärmung zumindest erweicht und u.U. verflüssigt wird, bevor es der in der Kokille befindenden Schmelze zugeführt wird.
Ein Beispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnung dargelegt. Es zeigt
Fig 1
die prinzipielle Aufschaltung,
Fig. 2
einen typischen Ausdruck und
Fig. 3
die Variationen der Wegkurven des Stranges.
Die Fig. 1 zeigt einen Strang 11, der eine Kokille 12 verlassend von Rollen 14 geführt wird.
Die Kokille 12 ist mit einer Gießpulverzuführung verbunden, welche über Absperrungen 16 an Gießpulverbehälter 15 angeschlossen ist. Die Gießpulverzuführung 17 ist darüber hinaus durch eine Aufheizeinrichtung 18 geführt.
An der Schmalseite des Stranges 11 ist ein Sensor vorgesehen, hier eine Diodenzeilenkamera, die die Diodenzeilen des Stranges erfaßt, wobei die Kamera in ihrer Ausrichtung mit der Gießrichtung übereinstimmt.
Die Diodenzeilenkamera 21 ist über eine Meßleitung 28 mit der Meßaufnahme 22 für die Strangbewegung bezüglich Strecke 24und Geschwindigkeit 23 verbunden.
Die Signale bezüglich der Änderung der Stranggeschwindigkeit und des Strangweges werden einem Rechner 26 und ggf. einem Anzeigegerät 25, ggf. einem Drucker, zugeführt.
Dem Rechner 26 werden darüber hinaus weitere Parameter 27 aufgeschaltet.
Auf der Ausgangsseite ist der Rechner 26 über eine Steuerleitung 31 mit einem Steuerbauteil 32 mit Aktuatoren 16 regelmäßig Absperrschieber der Gießpulverbehälter 15 sowie über ein Steuerbauteil 33 mit der Aufheizeinrichtung 18 für das Gießpulver verbunden.
Über eine Steuerleitung 34 ist der Rechner 26 auch noch mit einem Steuerbauteil 35 zur Steuerung der Oszillation 13 verknüpft.
Die Fig. 2 zeigt einen typischen Ausdruck erfaßter Meßsignale. Im oberen Teil ist ein Ausschnitt der mittleren Geschwindigkeit der Kokille aufgezeigt, die im gegebenen Beispiel entsprechend einer Sinuskurve schwingt.
Darunter ist zum einen die mittlere Stranggeschwindigkeit des Gesamtstranges aufgezeigt und davon überlagert die im Bereich unmittelbar unterhalb der Kokille aufgezeigte lstgeschwindigkeit des Stranges. Deutlich zu erkennen ist das in Abhängigkeit der Reibung und ggf. kurzzeitigen Anklebens der Strangschale an der Innenwandung der Kokille des Stranges in der Nähe der Kokille. Die darunter aufgeführte Sinuskurve zeigt den Istweg der Kokille. Darunter ist der tatsächliche Weg des Stranges in Nähe der Kokille aufgezeigt.
Sowohl bei der Aufnahme der Stranggeschwindigkeit wie des Strangweges handelt es sich um Meßwerte und nicht um errechnete Werte. Die dargestellte Kurve ist ein Beispiel und zeigt charakteristische Istformen mit auswertbaren Punkten. Aus der Anordnung der Minima, Maxima und der Wendepunkte ist dem Fachmann die Möglichkeit gegeben, Rückschlüsse auf das tatsächliche Verhalten der Strangschale in der Kokille zu ziehen. Zur Beurteilung verwendet er die Position des Stranges zu den - Zeitpunkten T mit den Kurvenformen bei den Punkten A. Die Strecke S ist hierbei die direkte Ableitung der Geschwindigkeit V.
Die Fig. 3 zeigt Variationen des Strangweges. Zu beachten sind hier die Krümmungsradien der einzelnen Kurven bei den Punkten A sowie ggf. vorhandene Richtungswechsel. Durch Einflußnahme auf die Oszillation der Kokille und das Gießpulver wird Einfluß auf die Ausgestaltung des lstweges des Stranges genommen.

Claims (6)

  1. Verfahren an einer Gießanlage zur Erzeugung von Strängen, insbesondere von Stahlsträngen, bei dem flüssiges Metall in eine Durchlaufkokille eingeführt und im teilerstarrten Zustand aus der Kokille abgezogen wird, der Bewegungsablauf des Stranges in einem Bereich möglichst unmittelbar nach Verlassen der Kokille erfaßt wird, das Erfassen des Bewegungsablaufs berührungslos und verzögerungsfrei durch auf Strahlung ansprechende Sensoren erfolgt und die Sensoren derart ausgelegt und angeordnet sind, daß sie ein auswertbares Meßsignal über das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte,
    a) die Gießspiegeloberfläche wird mit einem eine flüssige Schlacke bildenden Gießpulver zur Erzeugung eines Schmierfilmes zwischen Strangschale und innerer Kokillenwand abgedeckt,
    b) ein die Reibung zwischen Strangschale und Kokillenwand charakterisierender Meßwert wird in der Oszillationseinrichtung erfaßt und der als Rechner ausgebildeten Auswerteinheit zugeführt,
    c) das das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges charakterisierende Meßsignal wird ebenfalls dem Rechner zugeführt,
    d) im Rechner werden die Meßwerte bzw. Signale aus dem Weg-Zeit-Verhalten des Stranges und der Reibung des Stranges in der Kokille zu vergleichbaren Größen korreliert und verknüpft und mit einem Sollwert verglichen, wobei
    e) der Sollwert als Mittelwert der Stranggeschwindigkeit aus dem Weg-Zeit-Verhalten des Stranges gebildet ist,
    f) aus der Abweichung von Ist- und Sollwert wird ein Signal zur Änderung der Gießpulverzusammensetzung im Sinne einer Herabsetzung des Reibungsbeiwertes und/oder der Kokillenoszillation gebildet,
    g) wobei das Weg-Zeit-Verhalten des Stranges optisch durch eine seitlich neben dem Strang an seiner Schmalseite angeordnete Diodenzeilenkamera, die in ihrer Ausrichtung mit der Gießrichtung übereinstimmt, erfaßt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Signal zur Änderung der Kokillenoszillation einer Steuereinheit des Oszillationsantriebes derart aufgeschaltet wird, daß der von der Kokille auf den Strang übertragene Bewegungsimpuls möglichst gering ist oder nahe am Wert Null liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der die Reibung des Stranges in der Kokille charakterisierende Meßwert bei hydraulischem Antrieb der Kokillenoszillationseinrichtung aus dem Differenzdruck im Hydraulikzylinder zwischen Leerlauf und Betriebszustand gebildet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der die Reibung des Stranges in der Kokille charakterisierende Meßwert bei mechanischem Antrieb einer im Oszillationsgestänge angeordneten Kraftmeßzelle entnommen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Mischungsverhältnis verschiedener Gießpulver zueinander verändert wird.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Aggregatzustand des Gießpulvers vor seinem Kontakt mit dem flüssigen Metall in der Kokille verändert wird, z.B. Erweichen oder Verflüssigen durch Zufuhr von Wärmeenergie.
EP97922831A 1996-04-02 1997-04-02 Verfahren zur optimierung der strangoberflächenqualität Expired - Lifetime EP0907442B1 (de)

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