DE19752548A1

DE19752548A1 - Verfahren zur Vorrichtung zum Einstellen und Halten der Temperatur einer Stahlschmelze beim Stranggießen

Info

Publication number: DE19752548A1
Application number: DE1997152548
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter P Pleschiutschnigg
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen und Halten der Temperatur insbesondere einer Stahlschmelze in relativ engen Tempe raturgrenzen über die Gießzeiten einer Charge beim Stranggießen, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen kompensiert wird. Die Erfin dung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung.

Das Stranggießen insbesondere von Stahl mit hohen Gießgeschwindig keiten erfordert zur Sicherung bzw. Sicherstellung einer zufrieden stellenden Strangqualität sowie Gießsicherheit eine genaue Kenntnis der Stahltemperatur über die Gießzeit. Besonders wichtig ist diese Kenntnis der Stahltemperatur beim Verteilerauslauf für das Gießen von Sequenzen, d. h. beim Gießen von mindestens zwei Pfannen im Verbund.

Abweichungen der Stahltemperatur treten während des Gießverlaufs einer Schmelze sowie beim Pfannenwechsel auf. So tritt bspw. ein Temperaturverlust beim Gießbeginn der ersten Schmelze einer Sequenz, als auch bei Gießende einer Pfanne, d. h. beim Pfannenwechsel auf. Solche Temperaturverluste führen zu Störungen der Temperaturver teilung des schmelzflüssigen Stahles in der Kokille, die z. B. als Folge bei Einsatz von Gießpulver zu Störungen im Wärmestrom des Stahles in der Kokille führen. Diese Störungen haben eine Minderung der Strangoberflächen bzw. Stranginnenqualität zur Folge.

Um hier Abhilfe zu schaffen und eine Vergleichmäßigung und Verbes serung der Strangqualität zu erzielen, kann bspw. über eine indukti ve oder Plasma-Heizung die Stahltemperatur im Verteiler vergleich mäßig und ausgeglichen werden. Voraussetzung für einen solchen Temperaturausgleich der Schmelze im Verteiler über die Gießzeit einer Charge ist die Durchführung einer Temperaturdauermessung im Verteiler.

Hierzu ist eine Temperaturmeßvorrichtung bereits bekannt, bei der eine Temperaturmeßlanze, bspw. auf Basis mehrerer Thermoelemente, permanent in die Schmelze des Verteilers eintaucht. Diese Messung hat den Nachteil, daß sie einen hohen Wartungsaufwand und bei erhöh ten Personalkosten auch hohe spezifische Kosten hervorruft. Weiter hin hat diese Messung den Nachteil, daß sie nicht unmittelbar am Verteilerauslauf anbringbar ist.

Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 197 25 433.0 be schreibt ein auf Temperaturmessung beruhendes Verfahren und Vor richtung zur Durchbruchfrüherkennung beim Stranggießen von Stahl mit einer mit Kupferplatten ausgebildeten oszillierenden Kokille, durch fortlaufende und vergleichende Messungen von Betriebsparame tern, bspw. der örtlichen und zeitlichen Temperatur-Verteilung in den Kupferplatten mit Analyse der erhaltenen Meßdaten. Das Verfahren sieht erfindungsgemäß zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer zielgenauen Beurteilung von Anzeichen einer akuten Durch bruchs-Tendenz vor, daß zwei zu vergleichende Meßdaten sowohl miteinander als auch mit Meßdaten mit wenigstens einer dritten Meßreihe gekop pelt und vorzugsweise online analysiert werden. Dieses Temperatur meßverfahren bezieht sich allerdings ausdrücklich auf die Tempera turverteilung in den Kokillenplatten. Die Temperatur der in die Kokille einlaufenden Schmelze wird dadurch nur mittelbar erfaßt.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ein stellen und Halten der Temperatur insbesondere einer Stahlschmelze in engen Grenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen anzugeben, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler gemessen wird und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen bei laufender Kompensierung von Temperaturschwankungen der Schmelze vermieden wird, so daß eine Schmelze mit möglichst konstanter Temperatur in die Kokille einströmt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbe griff von Anspruch l gekennzeichneten Art mit der Erfindung vor geschlagen, daß die Temperatur der Schmelze am Auslauf des Verteiler gemessen, das Meßergebnis mit einer vorgebenen Temperatur-Marge eines Soll-Wertes verglichen und die Schmelze bei Erreichen oder Unterschreiten des unteren Limits der Marge so lange erwärmt wird, bis die Temperatur innerhalb des Soll-Wertes liegt.

Dadurch, daß die Temperatur der Schmelze unmittelbar am Auslauf des Verteilers permanent gemessen wird, kann die Temperatur der Stahl schmelze im Zentrum des Verteilerauslaufs erfaßt werden. Es wird erreicht, daß die mit dem Verfahren nach der Erfindung gemessene Temperatur am Verteilerauslauf den Energiezustand der Schmelze über die Gießzeit exakt wiedergibt. Wegen der extrem geringen Masse der Meßeinrichtung im Bereich der Meßstelle werden Temperatur-Änderungen praktisch mit geringstmöglicher Verzögerung erfaßt, so daß Tempera turabweichungen vom vorgebenen Soll-Zustand mit annährend vernach lässigbarer Totzeit bspw. über eine Aufheizvorrichtung wie induktive Heizung oder Plasma-Heizung kompensiert werden.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß bei der Messung eine Tendenz des Temperatur-Verlaufs einer Meßreihe ermittelt und bei sinkender Tendenz bereits vor Unterschreiten des unteren Tempe raturlimits die Stahlschmelze erwärmt wird. Auf diese Weise gelingt mit der Erfindung eine praktisch verzögerungslose Einstellung einer in engen Grenzen gleichbleibenden Temperatur einer Stahlschmelze über die Gießzeit einer Charge.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß die Temperatur mit Hilfe eines Thermoelementes an einer Meßstelle im Zentrum des Auslaufs des Verteilers gemessen und die Meßstelle mit dem Thermoelement und dem umgebenden Feuerfest-Material durch Zugeben von Inertgas wie N₂ und/oder Argon mit einer Schutzgasatmosphäre vor Oxidation ge schützt wird. Dadurch wird eine schädliche Veränderung des Meß verhaltens der Meßorgane an der Meßstelle mit vergleichsweise einfachen Mitteln vermieden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht weiter vor, daß die Ergebnisse der letzten Meßreihe in einem Monitor in Form eines Temperaturverlauf-Diagramms sichtbar gemacht werden.

Auf diese Weise kann man unverzüglich eine Änderung im Temperatur verlauf der Stahlschmelze erkennen und dieser durch Aufheizen unverzüglich gegensteuern. Mit Vorteil können die Meßergebnisse kontinuierlich erfaßt werden und das im Monitor online sichtbar gemachte lst-Temperaturverlauf-Diagramm kann einem vorgegebenen Soll-Temperaturverlauf-Diagramm nachgefahren werden.

Eine Vorrichtung zum Einstellen und Halten der Temperatur insbeson dere einer Stahlschmelze in engen Grenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen der Schmelze mit Hilfe einer Heizvorrichtung kompensiert wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend einen Verteiler mit einem Schmelzezulauf aus einer Pfanne und mit einem Verteilerauslaufsystem in eine darunter befindliche Kokille ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerauslaufsystem einen Stopfen mit einem bis in den Bereich einer unteren Stopfenkap pe reichenden Sackloch aufweist, und das Thermoelement am Grunde des Sackloches an der Innenwand der Stopfenkappe angeordnet ist.

Mit großem Vorteil ermöglicht die Vorrichtung eine Meßung direkt am Verteilerauslauf bei geringstmöglicher Verzögerung des Meßergeb nisses.

Besonders wirkungsvoll und vorteilhaft erweist sich dabei die Maßnahme, daß das Thermoelement im Wärmekontakt mit der Stopfenkappe in deren Feuerfestmaterial eingebettet ist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Verteiler auslaufsystem ein Schieber mit einer Durchlaufdrosselöffnung sowie mit einer Grundplatte, mit einer Drosselschieberplatte und mit einer das Tauchausgußorgan aufnehmender Platte. Das oder die Thermoele ment(e) sind mindestens in einem dieser Elemente des Verteileraus laufsystems und/oder im Tauchausgußorgan eingebettet. Vorzugsweise ist das (die) Thermoelement(e) in dem entsprechenden Feuer fest-Material eingebettet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung sind in den Unteransprüchen vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung umfassend einen Verteiler mit Stahlzu lauf aus einer Pfanne und einem Verteilerauslauf im Zusammenwirken mit einem regelbaren Abschluß-Drosselorgan (Stopfen) und einem im Bereich des Auslaufsystems an geordneten Thermoelement,

Fig. 2 eine gleichartige Vorrichtung mit einem schiebergesteuer ten Drosselorgan, ebenfalls im Schnitt.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Einstellen und Halten einer in engen Grenzen gleichbleibenden Temperatur der Stahlschmelze während der Gießzeit einer Charge beim Stranggießen umfaßt einen Verteiler 1 mit Stahlzulauf 2 aus einer Pfanne 3, und einen Ver teilerauslauf 4 in eine darunter befindliche Kokille 12. Der Ver teilerauslauf 4 weist wenigstens ein Thermoelement 8 auf. Dabei wird das Abfluß-Drosselorgan aus einem im Zentrum des Verteilerauslaufs 4 angeordneten Stopfen 5 mit einem bis in den Bereich einer unteren Stopfenkappe 7 reichenden Sackloch ausgebildet. Das Thermoelement 8 ist am Grunde des Sacklochs 6 an der Innenkante der Stopfenkappe 7 angeordnet bzw. in einer in das Sackloch eingeführten Lanze eingebettet.

Hierdurch reicht die Meßstelle des Thermoelementes 8 bis in den Verteilerauslauf 4 und erfaßt die Temperatur der Stahlschmelze im Zentrum des Verteilerauslaufs, der mit dem Stopfen 5 den Ventilsitz 10 darstellt.

Infolge der geringen Wandstärke der Stopfenkappe 7 kann das Thermo element 8 vergleichsweise schnell auf Temperaturänderungen der Stahlschmelze reagieren. Diese Reaktion kann dann dazu benutzt werden, daß die dort angeordnete Induktivheizung 17 schon am Beginn einer Temperaturänderung mit vergleichsweise geringer Zeitverzöge rung aktiviert wird, um Wärmeschwankungen in der Stahlschmelze auszugleichen. Dies wird noch dadurch begünstigt, daß das Thermoele ment im Wärmekontakt mit der Stopfenkappe 7 in deren Feuerfestmate rial eingebettet ist.

Weiterhin zeigt die Fig. 1 ein Tauchrohr 11 mit dem geschlossenen Tauchrohrende 19 und darüber angeordneten Ausströmöffnungen, die eine gleichmäßige Verteilung der Stahlschmelze in der Kokille 12 gewährleisten. Im Bereich der entsprechend dem Pfeil 22 in Schwin gungen erregten Kokille 12 bildet sich eine Gußform 15 mit seitlich anwachsenden Strangschalen 23 aus.

Der Stopfen 5 ist in bekannter Weise nach Maßgabe des Pegels 24 der Stahlschmelze gesteuert.

In der Fig. 2 ist eine etwas andere Ausgestaltung der Vorrichtung gezeigt. Dabei wird der Pegelstand 24 durch eine Kontrollvorrichtung 9 mittels elektronischer Abstandsmessung und Zuflußregulierung des Stahlzulaufes 2 zwischen bspw. einem unteren Limit 25 und einem oberen Limit 26 im wesentlichen konstant gehalten. Die Kontrollvor richtung 9 besitzt ein Überwachungsgerät, das bspw. mit Ultraschall, Lichtreflektion, Gammastrahlen oder auf andere bekannte Weise die Pegelhöhe 24 meßtechnisch erfaßt und den Stahlzulauf 2 entsprechend drosselt oder freigibt. Im Verteiler 1 befindet sich eine Plasmahei zung 18 und ein Verteilerauslauf 4'. Das hier verwendete Ab fluß-Drosselorgan umfaßt einen Schieber 13 mit einer Durchlauf-Drossel öffnung 20 sowie eine Grundplatte 14' und eine das Tauchrohr 11 aufnehmende Platte 16.

Erfindungswesentlich ist in einem oder mehreren dieser Elemente 11, 13, 14', 16 jeweils ein Thermoelement 8' angeordnet. Das Tauchrohr 11 ist am unteren Ende 19 ebenfalls geschlossen ausgebildet und besitzt seitliche Austrittsöffnungen. Es taucht in ein oberhalb von zwei Rollen befindliches Schmelzbad der Wanderkokille 12' ein, wobei der Pegelstand 24 des Verteilers 1 in an sich bekannter Weise konstant gehalten wird, und zwar durch verringertes oder vermehrtes Öffnen des Verteilerauslaufs 4' mit Hilfe der als Drosselorgan wirkenden Schieberplatte 13. Unterhalb der Wanderkokille 12' sind Strangführungen 21 mit Stütz-Rollen angeordnet. Der Gußstrang 15 bildet bei intensiver Kühlung der Rollen der Kokille 12' sowie der Strangführungen und bei zusätzlicher Wasserkühlung an den Rändern zunehmende Strangschalen 23 aus. Deren Entstehen ist u. a. maß geblich durch die Einhaltung einer vorgegebenen Temperatur der Stahlschmelze beeinflußbar. Deshalb wird auch bei der Ausführung gem. Fig. 2 die Temperatur der Stahlschmelze im Bereich des Ver teilerauslaufs 4' mittels unmittelbar dort angebrachter Thermoele mente 8' laufend kontrolliert und ein Absinken der Temperatur dazu verwendet, die Plasmaheizung 18 zu aktivieren, die so lange in Tätigkeit bleibt, bis die Temperatur der Schmelze wieder den vor gegebenen Sollwert erreicht hat.

Auch bei dieser Ausführung wird eine schnelle Reaktion der Thermo elemente 8' dadurch erreicht, daß diese in das Feuerfest-Material eines oder mehrere der Elemente 11, 13, 14', 16 eingebettet sind.

Bezugszeichenliste

1

Verteiler

2

Stahlzulauf

3

Pfanne

4

,

4

' Verteilerauslauf

5

,

5

' Stopfen, Abfluß-Drosselorgan

6

Sackloch im Stopfen

7

Stopfenkappe

8

,

8

' Thermoelemente

9

Kontrollsystem Badpegel

10

Ventilsitz

11

Tauchrohr, Tauchausgußorgan

12

,

12

' Kokille, Wanderkokille (Doubleroller)

13

Schieber

14

' Grundplatte

15

Strang, Gußform

16

Tauchrohrplatte

17

Induktivheizung

18

Plasmaheizung

19

Tauchrohrende

20

Drosselöffnung

21

Strangführung

22

Pfeil

23

Strangschalen

24

Pegel Stahlschmelze

25

unteres Limit der Stahlschmelze

26

oberes Limit der Stahlschmelze

27

Drosselschieberplatte

Claims

1. Verfahren zum Einstellen und Halten der Temperatur insbesondere einer Stahlschmelze in relativ engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen, wobei die Tempe ratur der Schmelze im Verteiler gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze am Auslauf (4) des Verteilers (1) gemessen, das Meßergebnis mit einer vorgebenen Tempera tur-Marge eines Soll-Wertes verglichen und die Schmelze bei Erreichen oder Unterschreiten des unteren Limits der Marge so lange erwärmt wird, bis die Temperatur innerhalb des Soll-Wertes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung eine Tendenz des Temperatur-Verlaufs einer Meßreihe ermittelt und bei sinkender Tendenz bereits vor Unterschreiten des unteren Temperaturlimits die Stahlschmelze erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur mit Hilfe eines Thermoelementes (8, 8') an einer Meßstelle im Zentrum des Auslaufs (4, 4') des Verteilers (1) gemessen und die Meßstelle mit dem Thermoelement (8, 8') und dem umgebenden Feuerfest-Material durch Zugeben von Inert gas wie N₂ und/oder Argon mit einer Schutzgasatmosphäre vor Oxidation geschützt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Ergebnisse der letzten Meßreihe in einem Monitor in Form eines Temperaturverlauf-Diagramms sichtbar gemacht werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse kontinuierlich erfaßt und das im Monitor online sichtbar gemachte Ist-Temperaturverlauf-Diagramm einem Soll-Temperaturverlauf-Diagramm nachgefahren wird.

6. Vorrichtung zum Einstellen und Halten der Temperatur insbeson dere einer Stahlschmelze in relativ engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler (1) gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen der Schmelze mit Hilfe einer Heizvorrichtung (17, 18) kompensiert wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend einen Verteiler (1) mit einem Schmelzezulauf (2) aus einer Pfanne (3) und mit einem Verteilerauslaufsystem (4, 4') in eine darunter befindliche Kokille (12, 12'), dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Verteilerauslaufsystems (4, 4') mindestens ein Thermoelement (8, 8') zur kontinuierlichen Messung der Temperatur der Stahlschmelze während der Gießzeit angeordnet ist.

7. Vorrichtung zum Einstellen und Halten der Temperatur insbeson dere einer Stahlschmelze in relativ engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler (1) gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen der Schmelze mit Hilfe einer Heizvorrichtung (17, 18) kompensiert wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend einen Verteiler (1) mit einem Schmelzezulauf (2) aus einer Pfanne (3) und mit einem Verteilerauslaufsystem (4, 4') in eine darunter befindliche Kokille (12, 12'), dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerauslaufsystem (4) einen Stopfen (5) mit einem bis in den Bereich einer unteren Stopfenkappe (7) reichenden Sackloch (6) aufweist, und das Thermoelement (8) am Grunde des Sackloches (6) vorzugsweise an der Innenwand der Stopfenkappe (7) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (8) im Wärmekontakt mit der Stopfenkappe (7) in deren Feuerfestmaterial eingebettet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (6) mit dem Thermoelement (8) eine Dichtung gegen Oxidation aufweist oder mit einer N₂ und/oder Argon Schutzgasversorgung in Verbindung steht.

10. Vorrichtung zum Einstellen und Halten der Temperatur insbeson dere einer Stahlschmelze in engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit einer Charge beim Stranggießen, wobei die Temperatur der Schmelze im Verteiler (1) gemessen und ein Absinken der Temperatur durch Erwärmen der Schmelze mit Hilfe einer Heizvor richtung (17, 18) kompensiert wird, insbesondere zur Durch führung des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend einen Verteiler (1) mit Schmelzezulauf (2) aus einer Pfanne (3) und mit einem Verteilerauslaufsystem (4') in eine darunter befind liche Kokille (12'), dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerauslaufsystem (4') ein Schieber (13) mit einer Durchlauf-Drosselöffnung (20) ist, umfassend eine Grundplatte (14), eine Drosselschieberplatte (27) und eine das Tauchausguß organ (11) aufnehmende Platte (16), und daß in einem oder mehreren dieser Systemelemente (13, 14, 16) und/oder im Tauch ausgußorgan (11) Thermoelemente angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (8') in das Feuerfest-Material eines oder mehrerer der Systemelemente (13, 14, 16) und/oder im Tauchausgußorgan (11) eingebettet sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine induktive Heizung (17) oder eine Plasmaheizung ist.