DE10119355A1

DE10119355A1 - Method and device for the continuous casting of slabs, in particular thin slabs

Info

Publication number: DE10119355A1
Application number: DE2001119355
Authority: DE
Inventors: Hans Streubel
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-24
Also published as: EP1250972A3; EP1250972A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, unter Verwendung einer Durchlaufkokille (5) mit innenwandseitig mit Schmelze (2) beaufschlagten Kokillenwänden (13, 13'), die von Kühlflüssigkeit durchflossen sind bzw. im Kontakt mit Kühlkästen kühlbar sind. Insbesondere zum Stranggießen kritischer Stahlsorten werden die Kokillenwände (13, 13') unter Verwendung von Ultraschallgebern (6, 6') in Ultraschallvibrationen mit vergleichsweise hoher Frequenz und angepasster Amplitude derart versetzt, dass der Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenwand sowie der Reibungskoeffizient zwischen Strangschale und Kokillenwand reduziert wird. Hierzu werden zumindest im Badspiegelbereich (11) außen an den Kokillenwänden (13, 13') Ultraschallgeber (6, 6') angeordnet.The invention relates to a method for the continuous casting of slabs, in particular thin slabs made of steel, using a continuous mold (5) with mold walls (13, 13 ') which are filled with melt (2) on the inside wall and through which cooling liquid flows or in contact with cooling boxes are coolable. In particular for the continuous casting of critical steel types, the mold walls (13, 13 ') are set in ultrasonic vibrations (6, 6') using ultrasound transducers (6, 6 ') with a comparatively high frequency and adapted amplitude such that the heat transfer between the melt and the mold wall and the friction coefficient between the strand shell and the mold wall is reduced. For this purpose, ultrasound transmitters (6, 6 ') are arranged on the outside of the mold walls (13, 13') at least in the bath level area (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesonde re von Dünnbrammen aus Stahl unter Verwendung einer Durchlaufkokille mit in nenwandseitig mit Schmelze beaufschlagten Kokillenwänden, die von Kühlflüssig keit durchflossen sind bzw. in Kontakt mit Kühlkästen kühlbar sind.The invention relates to a method for the continuous casting of slabs, in particular re of thin steel slabs using a continuous mold with in Chill walls loaded with melt on the inner wall side, that of cooling liquid are flowed through or can be cooled in contact with coolers.

Beim Stranggießen von Dünnbrammen aus Stahl können die Kokillenwände der hierfür vorgesehenen Kokillen aus gießtechnischen und insbesondere aus Grün den der Qualität des Gießproduktes nur in einem begrenzten Dickenbereich ein gesetzt werden.When continuously casting thin slabs of steel, the mold walls of the molds made of casting technology and in particular of green intended for this purpose the quality of the cast product only in a limited thickness range be set.

Dabei treten besonders im Bereich des Badspiegels der Stahlschmelze innerhalb der Kokille großer Wärmestromdichte sehr hohe Temperaturbeanspruchungen der Kokillenwände auf, die zu deren nachteiligen Veränderungen führen und damit verkürzte Nacharbeitsintervalle der Kokillen erforderlich machen. Weiterhin wird die Oberflächenqualität des Gießstranges beeinträchtigt.The molten steel occurs particularly in the area of the bath level the mold with high heat flow density very high temperature stresses Mold walls that lead to their disadvantageous changes and thus shorten the reworking intervals of the molds. Furthermore, the Surface quality of the casting strand is impaired.

Die Höhe der Temperaturbeanspruchung der Kokillenwände ist im wesentlichen von Funktionsparametern wie Gießgeschwindigkeit, Kupferwandstärke vor Kühl flüssigkeit, möglichen Badspiegelschwankungen, Stahlqualität, Kokillenwandqua lität sowie in besonderer Weise von der Beschaffenheit einer Gießpulverschicht abhängig. The level of the temperature stress on the mold walls is essentially of functional parameters such as casting speed, copper wall thickness before cooling liquid, possible bath level fluctuations, steel quality, mold wall quality lity as well as in a special way the nature of a layer of mold powder dependent.

In der Stranggießtechnik ist es bekannt, den Wärmeübergang von Schmelze und Kokillenwand durch Induktion von Oszillation bzw. Vibrationen zu reduzieren. Prinzipiell gibt es hierzu mehrere Möglichkeiten:
In continuous casting technology, it is known to reduce the heat transfer from the melt and the mold wall by induction of oscillation or vibrations. In principle there are several options:

a) arrangement of vibrators for direct action on the mold walls;
b) excitation of electromagnetic force fields to act on the melt;
c) Devices for pulsating the liquid in the mold walls.

Das Dokument EP 0 807 477 A1 beschreibt eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen aus Metallschmelze unter Verwendung einer Kokille, die von Seitenwänden mit an äußeren Wandbereichen angrenzenden Kühlkanälen umgeben ist. Die Außenseiten der Kokillenwände besitzen eine Vielzahl elektro magnetischer Vorrichtungen, die an den Kokillenwänden unabhängig, separat so wie unterschiedlich zur Gießrichtung angeordnet sind und zur Erzeugung pulsie render elektromagnetischer Felder zur Achse der Kokille und entlang der Band länge wandernd, erregt werden. Hierzu sind Stromimpulse der Elektromagnete in der Stärke bis zu 100 KA vorgesehen sind, um das pulsierende elektromagneti sche Feld zu erzeugen, welches mit der Schmelze zusammenwirkt.Document EP 0 807 477 A1 describes a system for continuous Casting metal strands from molten metal using a mold, that of side walls with cooling channels adjoining outer wall areas is surrounded. The outside of the mold walls have a variety of electro magnetic devices that work independently on the mold walls, separately so how different are arranged to the casting direction and to generate pulsie render electromagnetic fields to the axis of the mold and along the band walking long, being excited. For this purpose, current pulses from the electromagnets are in the strength up to 100 KA are provided to the pulsating electromagnetic generate a field that interacts with the melt.

Das Dokument EP 0 807 478 A1 beschreibt eine Durchlaufkokille zum Gießen von Strängen mit unterschiedlichen Querschnittsformen, wobei die Kokille vom Plat ten-Typ oder rohrförmig sein kann und gekühlte Seitenwände besitzt, die zumin dest einen länglichen Umfangsbereich mit elektrisch isolierten Elementen sowie mit jeweils zwei isolierten Enden ausbilden. An den Seitenwänden werden elek tromagnetische Wellen erzeugt, die zumindest mit der in Erstarrung begriffenen Strangschale zusammenwirken sollen.The document EP 0 807 478 A1 describes a continuous mold for casting Strands with different cross-sectional shapes, the mold from the plat can be ten-type or tubular and has cooled side walls that at least least an elongated peripheral area with electrically insulated elements as well form with two insulated ends each. On the side walls are elec generates tromagnetic waves that at least solidify with those Strand shell should interact.

Die EP 0 807 475 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen quergerichteter Vi brationen in den Wänden einer Durchlaufkokille für Brammen mittels Pulsation einer Flüssigkeit. Hierzu besitzt die Kokille fallweise einen oder mehrere periphere Bereiche, worin Kühlflüssigkeit um die Seitenwände der Kokille herum zirkuliert und der Kühlkreislauf mit Übergangskanälen in direktem Kontakt mit einer oder mehreren der Seitenwände steht. Mit Hilfe wenigstens einer Pumpe mit je einer Zu- und Abfuhrleitung in Verbindung mit einem Auslaß wird das Kühlmedium in Zirkulation um die Seitenwände der Kokille versetzt. Der Druck der Kühlflüssigkeit und die Pulsation im Druckverlauf ist abhängig von der gewünschten Quer- Vibration einer Seitenwand.EP 0 807 475 A1 describes a method for producing transverse Vi Brations in the walls of a continuous mold for slabs by means of pulsation a liquid. For this purpose, the mold sometimes has one or more peripheral ones Areas where cooling fluid circulates around the side walls of the mold and the cooling circuit with transition channels in direct contact with one or several of the side walls. With the help of at least one pump with one Supply and discharge line in connection with an outlet, the cooling medium in Circulation offset around the side walls of the mold. The pressure of the coolant and the pulsation in the pressure curve depends on the desired cross Vibration of a side wall.

Die EP 0 698 434 A1 beschreibt eine Stranggießanlage zum Gießen von Dünn brammen aus Stahl mit einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung für die durch ein Tauchgießrohr in die Kokille eingeleitete Schmelze. Die Bremsvorrichtung be steht aus je einer an den Kokillenbreitseiten angeordneten Spule mit einem ferro magnetischen Kern sowie einem die Kokille umschließenden Joch. Zur Schaffung einer einfachen, kostengünstigen und definierbar einzustellenden Bremsvorrich tung sind die ferromagnetischen Kerne aus je einem Hauptkern und einem gieß strangseitigen Teilkern gebildet, wobei unterschiedliche Teilkerne zur Anpassung des Magnetfeldes an wechselnde Gießbedingungen wahlweise einsetzbar sind.EP 0 698 434 A1 describes a continuous casting plant for casting thin slabs of steel with an electromagnetic braking device for the through a dip tube poured into the mold melt. The braking device be consists of a coil with a ferro arranged on the wide sides of the mold magnetic core and a yoke enclosing the mold. To create a simple, inexpensive and definable brake device The ferromagnetic cores are made up of a main core and a casting strand-side partial core formed, different partial cores for adaptation of the magnetic field can alternatively be used in changing casting conditions.

Das Dokument WO 99/02 286 beschreibt ein elektromagnetisches Rührverfahren für eine Kokille der Plattenbauart zum Stranggießen von Vorblöcken, Platten oder Rundmaterial, unter Verwendung von Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Zusammenwirken mit der Metallschmelze innerhalb der Kokille. Hierbei soll eine Zirkulation von elektrischem Strom direkt entlang der Seitenwände der Kokille aufgebaut werden. Es sollen ferner elektromagnetische Kräfte quer zur Gießrichtung erzeugt werden, um eine Trennung der Strangschale des erstarren den Metalls von den Seitenwänden der Kokille zu bewirken und hierdurch die Rei bung zwischen Strangschale und Seitenwand zu reduzieren.The document WO 99/02 286 describes an electromagnetic stirring method for a mold of the plate type for the continuous casting of blooms, plates or Round material, using means for producing a magnetic Field in interaction with the molten metal within the mold. in this connection is intended to circulate electrical current directly along the side walls of the Chill mold can be built. There should also be electromagnetic forces across Casting direction are generated to separate the strand shell of the solidify the metal from the side walls of the mold and thereby the Rei to reduce exercise between the strand shell and the side wall.

Im Dokument JP 59 110 451 wird eine Stranggießanlage für Stahlstränge mit ver ringerten Oszillationsmarkierungen sowie geringerer Oberflächenrauhigkeit beschrieben. Hierzu wird die Kokille einer vertikalen, sogenannten Mikrooszillation durch elektromagnetische Vibratoren unterworfen, die auf den Kokillenrahmen einwirken.In the document JP 59 110 451 a continuous caster for steel strands with ver reduced oscillation marks and less surface roughness. For this purpose, the mold becomes a vertical, so-called micro-oscillation subjected to electromagnetic vibrators on the mold frame act.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art weiter zu vervollkommnen und derart zu verbessern, dass damit der Wärmeübergang zwischen der Schmelze und den Kokillenwänden, insbesondere im Bereich des Badspiegels der Schmelze deutlich verringert wird, so dass auch Sonderstähle, wie bspw. peritektische Stähle, problemlos gegossen werden können. Weiterhin soll mit der Erfindung der Reibungskoeffizient zwischen der Strangschale und den Kokillenwänden deutlich verringert werden, so dass die Nacharbeitszyklen für die Kokillenwände erhöht und damit insgesamt die Verfügbarkeit der Kokille wesent lich verlängert wird.Starting from the aforementioned prior art, the object of the invention based on a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 to perfect and improve it so that the heat transfer between the melt and the mold walls, especially in the area of Bath level of the melt is significantly reduced, so that special steels, such as peritectic steels, can be cast easily. Farther is intended with the invention of the coefficient of friction between the strand shell and the Mold walls can be significantly reduced, so that the rework cycles for the Mold walls increased and the overall availability of the mold significantly is extended.

Zur Lösung der Aufgabe sieht das Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, gemäß dem Oberbegriff von An spruch 1 vor, dass die Kokillenwände unter Verwendung von Ultraschallgebern in Ultraschallvibrationen mit vergleichsweise hoher Frequenz und angepaßter Am plitude derart versetzt werden, dass der Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenwand sowie der Reibungskoeffizient zwischen Strangschale und Kokillen wand reduziert wird. Dadurch wird sowohl die thermische als auch mechanische hohe Beanspruchung der Kokillenwände, insbesondere im Bereich des Badspie gels, des sogenannten Meniskus, signifikant reduziert. Der Verschleiß der Kokil lenplatten in diesem Bereich nimmt ab und die Verfügbarkeit der Kokille wird in gleicher Weise erhöht. Mit der vorgeschlagenen Erfindung wird das Gießen von kritischen Stahlqualitäten, bspw. peritektischen Stählen, möglich.The process for continuously casting slabs provides a solution to the problem, in particular of thin slabs of steel, according to the preamble of An saying 1 before that the mold walls using ultrasound sensors in Ultrasonic vibrations with a comparatively high frequency and adjusted Am plitude are offset such that the heat transfer between the melt and Mold wall and the coefficient of friction between the strand shell and the mold wall is reduced. This makes both the thermal and mechanical high stress on the mold walls, especially in the area of the bathroom gel, the so-called meniscus, significantly reduced. Wear of the Kokil lenplatten in this area decreases and the availability of the mold is in increased in the same way. With the proposed invention, the casting of critical steel qualities, e.g. peritectic steels, possible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sehen vor, dass Frequenz und Amplitude der erzwungenen Schwingung der Kokillenplatten nach Maßgabe des erwünschten Betriebsergebnisses optimal eingestellt werden.See further advantageous embodiments of the method according to the invention before that frequency and amplitude of the forced vibration of the mold plates optimally adjusted according to the desired operating result become.

Dabei können die Schwingungsparameter Frequenz und Amplitude unterschiedli cher Ultraschallgeber nach Maßgabe von beobachteten Betriebsergebnissen indi viduell eingestellt werden. Dies ist deshalb sinnvoll, weil die Schwingungspara meter von einer Anzahl miteinander zusammenwirkender Einflußgrößen wie Bau art der Kokille, Dicke und Material der Kokillenwände, Anordnung und Größe der Kühlmittelkanäle in den Kokillenwänden etc. abhängen und daher von Fall zu Fall sehr unterschiedlich sein können.The vibration parameters frequency and amplitude can be different cher ultrasound generator based on observed operating results indi vidually set. This makes sense because the vibration para meters from a number of interacting factors such as construction type of mold, thickness and material of the mold walls, arrangement and size of the Coolant channels in the mold walls etc. depend and therefore on a case by case basis can be very different.

Weiterhin sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Ultraschallwellen in Richtung senkrecht zu einer Kokillenwand gegen diese emit tiert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass Ultraschallgeber an Außenseiten von Kokillenwänden in Höhe des Gießspiegels bzw. des Meniskus, oder dicht unter halb desselben angeordnet werden, so dass in dem besonders thermisch und me chanisch hochbeanspruchten Bereich der Beanspruchung die Kokillenwände be sonders intensiv geschützt werden. Mit Vorteil kann folglich die Erfahrung des Gießtechnikers vor Ort in das erfindungsgemäße Verfahren eingebracht werden.Furthermore, an embodiment of the method according to the invention provides that Ultrasonic waves in the direction perpendicular to a mold wall against this be animals. For this purpose, it is provided that ultrasonic sensors on the outside of Mold walls at the level of the liquid level or the meniscus, or just below be arranged half of the same, so that in the particularly thermal and me the highly stressed area of the stress on the mold walls be particularly intensively protected. The experience of Casting technician are introduced on site in the inventive method.

Hierbei können nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ver fahrens Ultraschallgeber an Breit- und Schmalseiten der Kokille angeordnet wer den.Here, according to a further embodiment of the Ver driving ultrasound transmitter on the wide and narrow sides of the mold the.

Auch können sie in Reihen unter- bzw. übereinander angeordnet werden, derart, dass damit möglichst alle wesentlichen Bereiche der Kokillenplatten mit Ultra schallwellen beschallt werden, um Unterschiede in deren Ausbildung und Haftfä higkeit von vornherein zu vermeiden. They can also be arranged in rows one above the other or one above the other, such that that with it all essential areas of the mold plates with Ultra sound waves are exposed to differences in their training and liability ability to avoid from the outset.

Dazu kann dann die weitere Maßnahme angewandt werden, dass die Schwin gungsamplitude eines jeden Schallgebers mittels Einstellung der Stromstärke an gepaßt wird.The further measure that the Schwin amplitude of each sounder by adjusting the current is fit.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste henden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh rungsbeispiels.Details, features and advantages of the invention will emerge from the next Explanation of an embodiment shown schematically in the drawing approximately example.

Dieses zeigt in anschaulicher Weise eine Stranggießanlage mit einem einen Vor rat an Schmelze 2 enthaltenden Verteiler 1. Aus diesem wird unter Mengenrege lung mit Hilfe des Regelorgans 3 durch das Tauchgießrohr 4 in kontinuierlichem Fluß Schmelze aus dem Verteiler 1 entnommen und in die Durchlaufkokille 5 ge leitet.This clearly shows a continuous caster with a pre-advice on melt 2 containing distributor 1 . For this purpose, melt is removed from the distributor 1 in a continuous flow with the aid of the regulator 3 through the immersion pouring tube 4 and passes into the continuous mold 5 .

Dabei bildet sich unterhalb des Gießspiegels bzw. des Meniskus 11 in Gießrich tung ein Gießstrang 10 mit einer stetig wachsenden Strangschale 8 aus, welche einen flüssigen Kern 9 bis zu dessen Sumpfspitze 12 umgibt.In this case, a casting strand 10 with a continuously growing strand shell 8 , which surrounds a liquid core 9 up to its sump tip 12 , forms below the casting level or the meniscus 11 in the casting direction.

Nach der Erfindung sind an der Außenseite der Kokille 5 bzw. außen an den Ko killenwänden 13, 13' und bevorzugt in wenigstens zwei Reihen untereinander in Höhe des Badspiegels bzw. Meniskus 11 Ultraschallgeber 6, 6' angeordnet, und zwar in einer solchen Weise, dass ihre Ultraschallwellen 7, 7' die Wände 13, 13' der Kokille 5 im rechten Winkel durchdringend schneiden und im Bereich des Badspiegels 11 in die Schmelze 9 bzw. in die Strangschale 8 eindringen. Dabei reduzieren sie den Berührungskontakt zwischen Schmelze und Kokillenwand 13, 13' im Gießspiegelbereich 11 bzw. zwischen Strangschale 8 und Kokillenwand 13, 13' auf und führen zu einer signifikanten Reduktion der Wärmestromdichte sowie der Reibung zwischen Kokillenwänden und Schmelze 9. According to the invention, the mold 5 and the outside kill walls of the Co 13, 13 are on the outside 'and preferably in at least two rows to each other at the level of the bath level or meniscus 11 ultrasonic transducer 6, 6' arranged, in such a manner that their ultrasonic waves 7 , 7 'cut through the walls 13 , 13 ' of the mold 5 at right angles and penetrate into the melt 9 or into the strand shell 8 in the area of the bath level 11 . In doing so, they reduce the contact between the melt and the mold wall 13 , 13 'in the casting level area 11 or between the strand shell 8 and the mold wall 13 , 13 ' and lead to a significant reduction in the heat flow density and the friction between the mold walls and the melt 9 .

Nach allem ist die Erfindung sowohl wirtschaftlich aufgrund höherer Verfügbarkeit der Kokillenwände, als auch aus betrieblicher Sicht wegen der Möglichkeit des problemlosen Gießens sogenannter kritischer Stähle wie bspw. peritektischer Stähle eine Bereicherung der Stranggußtechnologie. After all, the invention is both economical due to higher availability the mold walls, as well as from an operational point of view because of the possibility of easy casting of so-called critical steels such as peritectic Steels enrich the continuous casting technology.

List of reference numbers

11

Verteiler
distributor

22

Schmelzbad
melting bath

33

Regelorgan
regulating element

44

Tauchgießrohr
immersing

55

Kokille
mold

66

Ultraschallgeber
ultrasonic generator

77

Ultraschallwellen
ultrasonic waves

88th

Strangschale
strand shell

99

flüssiger Kern mit Sumpfspitze
liquid core with swamp tip

1010

Gießstrang
cast strand

1111

Meniskus in der Kokille
Meniscus in the mold

1212

Sumpfspitze
crater tip

1313

Kokillenwände
mold walls

Claims

1. Method for the continuous casting of slabs, in particular of thin slabs of steel, using a continuous mold ( 5 ) with melt ( 2 ) on the inside of the mold walls ( 13 , 13 ') through which cooling liquid flows or in contact with cooling boxes can be cooled, characterized in that the mold walls ( 13 , 13 ') are set using ultrasonic sensors ( 6 , 6 ') in ultrasonic vibrations with a comparatively high frequency and adapted amplitude such that the heat transfer between the melt and mold wall and the coefficient of friction between the strand shell and the mold wall is reduced.

2. The method according to claim 1, characterized, that frequency and amplitude according to the operating result be put.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the vibration parameters frequency and amplitude of different ultrasonic sensors ( 6 , 6 ') are set individually in accordance with observed operating results.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that ultrasonic waves ( 7 , 7 ') in the direction perpendicular to the mold wall ( 13 , 13 ') are emitted against it.

5. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized, that the ultrasonic transducers at an angle of up to 45 ° in the casting direction are ordered.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that ultrasonic sensors ( 6 , 6 ') on the outside of the mold walls ( 13 , 13 ') at the level of the bath level ( 11 ), or just below the same who the.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that ultrasonic sensors ( 6 , 6 ') are arranged on the wide and narrow sides of a mold ( 5 ).

8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that ultrasonic sensors ( 6 , 6 ') are arranged in rows one above the other or one above the other.

9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the vibration amplitude of a sound generator ( 6 ) is adjusted by adjusting the current intensity.

10. Device for performing the method according to one of claims 1 to 9, characterized by the arrangement of at least one ultrasonic transmitter ( 6 , 6 ') at least in the bathroom mirror area ( 11 ) on the mold walls ( 13 , 13 ') of a continuous mold ( 5 ).