Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergießen von metallischer Schmelze zu stranggegossenen Vorprodukten in einer Stranggießmaschine.

Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vergießen von metallischer Schmelze zu stranggegossenen Vorprodukten mit den folgenden Schritten

- Einbringen der Schmelze in eine Kokille, wobei ein

Gießspiegel der Schmelze in der Kokille und wenigstens eine Strömung der Schmelze in der Kokille in Form eines Einfachwirbels oder eines Doppelwirbels ausgebildet wird;

- Abkühlen der Schmelze in der Kokille unter Ausbildung

einer festen Strangschale;

- Ausziehen eines zumindest teilerstarrten Strangs aus der Kokille;

- Führen, Stützen und Kühlen des ausgezogenen Strangs in

einer Strangstützeinrichtung;

Vorrichtung zum Vergießen von metallischer Schmelze zu stranggegossenen Vorprodukten in einer Stranggießmaschine umfassen im Wesentlichen

- eine Kokille in der die Schmelze eingebracht wird, wobei in der Kokille ein Gießspiegel und ein teilerstarrter Strang ausgebildet werden;

- eine Strangstützeinrichtung zum Führen, Stützen und Kühlen des Strangs, wobei der zumindest teilerstarrte Strang aus der Kokille ausgezogen wird; und

- mehrere stabförmige Einbauteile im Bereich des

Gießspiegels der Schmelze in der Kokille.

Einem Fachmann auf dem Gebiet der Stranggusstechnik ist es bekannt, metallische Schmelze in einer Stranggießmaschine zu stranggegossenen Vorprodukten zu Vergießen, wobei die

Schmelze entweder durch ein Freistrahlgießverfahren (siehe z.B. WO 0010741 AI, US 3,833.050, US 3,840,062 und der JP 48-

9251 A) oder mittels eines Gießrohrs (engl, submerged entry nozzle, kurz SEN) in eine Kokille eingebracht wird. In beiden Fällen bildet sich ein Gießspiegel der Schmelze in der

Kokille aus, wobei im ersten Fall die Schmelze ohne Führung durch ein Gießrohr im freien Fall und im zweiten Fall die Schmelze ausgehend von einer oder mehreren Austrittsöffnungen in der SEN in die Kokille eingebracht wird. Unabhängig von der Art des Einbringens der Schmelze in die Kokille bildet sich in der Kokille wenigstens eine Strömung in Form eines Einfach- oder Doppelwirbels aus. Im Fall des Einfachwirbels strömt die Schmelze unterhalb des Gießspiegels in Richtung Gießspiegel aus, wobei diese Strömung entweder im Bereich des Gießspiegels oder unterhalb des Gießspiegels in Richtung der Strangbewegung (abwärts) abgelenkt wird; im Fall des

Doppelwirbels strömt die Schmelze unterhalb des Gießspiegels in Richtung einer Kokillenwand aus, wo sie sich in einem Staupunkt in eine Strömung in Richtung Gießspiegel (aufwärts) und in eine Strömung in Richtung der Strangbewegung (abwärts) aufteilt. Weitere Details zu den Einfach- und Doppelwirbeln können z.B. der Veröffentlichung

DAUBY, P. H. und KUNSTREICH, S.: Electromagnetic

stirring in slab caster molds: What and why. Iron & steelmaker, vol. 30, noll, pp . 21-29, ISSN 0275-8687, 2003.

entnommen werden.

Nach dem Abkühlen der Schmelze in der Kokille unter

Ausbildung einer festen Strangschale, wird ein zumindest teilerstarrter Strang aus der Kokille ausgezogen, der in einer, der Kokille in Richtung der Strangbewegung

nachgeordneten, Strangstützeinrichtung geführt, gestützt und weiter abgekühlt wird. Die charakteristische Ausbildung der Strömung der Schmelze in der Kokille in Form eines Einfach- oder Doppelwirbels

beeinflusst die Qualität des stranggegossenen Vorprodukts (z.B. Dünnbrammen, Brammen oder Barren) maßgeblich, da diese Strömung für die Stabilität des Gießspiegels, die gleichmäßige Erstarrung des Strangs, die Aufschmelz- und Verteilbedingungen des Gießpulvers sowie für das

Abscheideverhalten von Partikel in der Schmelze

verantwortlich ist. Durch ein instationäres Verhalten dieser Strömung können überdies Schwankungen des Gießspiegels oder eine ungenügende Schmierung des Strangs hervorgerufen werden. Gießspiegelschwankungen haben negative Auswirkungen auf die Oberflächenqualität; die ungenügende Strangschmierung, bedingt durch unzureichend aufgeschmolzenes Gießpulver, kann zu sogenannten Strangsteckern führen, wodurch ein

Strangdurchbruch bzw. ein Gießabbruch resultieren kann. Das stationäre Verhalten dieser Strömung ist somit von besonderer Bedeutung für den Stranggießprozess .

Eine Analyse der Strömungsverhältnisse der Schmelze in der Kokille zeigt, dass sich die Strömung in Form eines Einfachoder Doppelwirbels instationär verhält und eine große Neigung zu periodischen Schwingungen aufweist. Vor allem kurz nach dem Gießstart ist diese Strömung sehr instabil und benötigt eine gewisse Zeit (typischerweise mehrere Minuten) um sich auf einen quasi-stationären Zustand einzupendeln.

Aus der JP 02-015852 ist es bekannt, Wärmerohre (engl, heat pipes) im Bereich des Gießspiegels beim Stranggießen

einzusetzen. Durch diese Elemente wird gezielt Wärme aus der metallischen Schmelze abgeführt, sodass die Erstarrung der Schmelze in der Kokille beschleunigt wird und die

Produktivität der Anlage gesteigert werden kann. Auf welche Art und Weise die Strömung der Schmelze in der Kokille stabilisiert werden kann, ist in der Schrift nicht gezeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine

Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen eine stabilere Strömung der Schmelze in der Kokille in Form eines Einfach- oder Doppelwirbels erzielt werden kann,

- wodurch die Stabilität des Gießspiegels erhöht wird; - das Abscheideverhalten von Partikel in der Kokille

verbessert wird; und

- gleichmäßigere Aufschmelz- und Verteilbedingungen für das Gießpulver erzielt werden.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Einschwingzeit der Strömung der Schmelze in der Kokille in Form eines Einfachoder Doppelwirbels zu reduzieren, wodurch die Zeit vom

Gießstart bis zum Normalbetrieb mit quasi-stationären

Verhältnissen einer Stranggießanlage reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Strömung der Schmelze in Form eines Einfachwirbels oder eines Doppelwirbels durch mehrere

stabförmige Einbauteile im Bereich des Gießspiegels

stabilisiert wird. Dabei wird die Strömung in Form eines Einfach- oder Doppelwirbels (im Folgenden auch zirkuläre Strömung genannt) durch mindestens zwei stabförmige

Einbauteile, die um eine, gegebenenfalls pro Einbauten verschiedene, Eintauchtiefe in die Schmelze in der Kokille versenkt sind und z.B. links und rechts vom SEN angeordnet sind, abgebremst, was zu einer Stabilisierung der

instationären Strömung führt, sodass die resultierende, stabilisierte Strömung als stationär angesehen werden kann. Diese Stabilisierung führt zu einer Beruhigung des

Gießspiegels und zu einem verbesserten Abscheideverhalten von Partikel. Außerdem werden dadurch gleichmäßige Aufschmelz- und Verteilbedingungen für das Gießpulver erzielt, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität des Strangs führt und der Bildung von Strangsteckern und somit der

Durchbruchsgefahr entgegen wirkt. Durch das verbesserte

Abscheideverhalten können elektromagnetische Rühr- bzw.

Bremseinrichtungen entfallen, was einerseits die

Investitionskosten und andererseits die Energiekosten im laufenden Betrieb reduziert.

In einer Ausführungsform wird die Schmelze entweder durch ein Freistrahlgießen oder mittels eines Gießrohrs in die Kokille eingebracht, wobei in der letztgenannten Form die Schmelze unterhalb des Gießspiegels aus dem Gießrohr durch ein oder mehrere Austrittsöffnungen austritt. Eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen (z.B.

unterschiedliche Strangauszugsgeschwindigkeiten oder

Strangquerschnitte) ist in einfacher Form durch folgende Schritte möglich:

- Erfassen eines Messwerts von einem Messwertaufnehmer durch ein Messen einer Zustandsgröße des Stranggießverfahrens;

- Ermitteln eines zeitlich veränderlichen Stellsignals mit Hilfe einer Steuerung unter Berücksichtigung des

Messwerts ;

- Beaufschlagen eines Aktuators mit dem Stellsignal, wobei der Aktuator entweder eine Eintauchtiefe wenigstens eines stabförmigen Einbauteils gegenüber dem Gießspiegel oder eine Position eines stabförmigen Einbauteils gegenüber einer Seitenwand der Kokille verändert.

Mittels dieser Ausführungsform wird entweder die

Eintauchtiefe oder die Position wenigstens eines stabförmigen

Einbauteils mittels einer Steuerung (z.B. einer

Kennfeldsteuerung) in Abhängigkeit eines Messwerts

eingestellt . In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird als Messwert eine Strangauszugsgeschwindigkeit, eine Temperatur einer Seitenwand der Kokille oder ein Massenfluss der in die

Kokille eingebrachten Schmelze verwendet. Der Messwert wird bevorzugt durch permanentes Messen in Echtzeit ermittelt und der Steuerung zugrundegelegt.

Eine hochgenaue und robuste Anpassung an verschiedene

Betriebsbedingungen ist weiters durch folgende Schritte möglich :

- Erfassen eines Messwerts von einem Messwertaufnehmer durch ein Messen einer Zustandsgröße des Stranggießverfahrens;

- Ermitteln einer zeitlich veränderlichen Stellgröße mit

Hilfe einer Regeleinrichtung unter Zuhilfenahme eines Regelgesetzes und unter Berücksichtigung eines Sollwerts des Messwerts;

- Beaufschlagen eines Aktuators mit der Stellgröße, wobei der Aktuator entweder eine Eintauchtiefe wenigstens eines stabförmigen Einbauteils gegenüber dem Gießspiegel oder eine Position eines stabförmigen Einbauteils gegenüber einer Seitenwand der Kokille verändert.

Mittels dieser Ausführungsform wird entweder die

Eintauchtiefe oder die Position wenigstens eines stabförmigen Einbauteils mittels einer Regelung so eingestellt, dass durch eine Veränderung der Eintauchtiefe bzw. der Position

mindestens eines stabförmigen Einbauteils der Messwert im Wesentlichen beim Sollwert gehalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird als Messwert eine Temperatur einer Seitenwand der Kokille oder eine

Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze, bevorzugt im

Wesentlichen parallel zum Gießspiegel, in der Kokille

verwendet. Der Messwert wird bevorzugt durch permanentes Messen in Echtzeit ermittelt und der Regelung zugrundegelegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Freistrahl der Schmelze beim Austritt aus dem Gießrohr durch die

stabförmigen Einbauteile ausgespart. Damit wird in einfacher Weise sichergestellt, dass das Aufschmelzen des Gießpulvers durch die thermische Energie der Strömung nicht gefährdet bzw. ein Einfrieren des Gießspiegels verhindert wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Schmelze durch wenigstens ein stabförmiges Einbauten abgekühlt wird, wobei das stabförmige Einbauten mit einem Kühlkreislauf in Verbindung steht. Hierbei wird der

Kühlkreislauf bevorzugt als Thermosyphon oder Wärmerohr ausgeführt, wodurch einerseits eine große Menge der

Schmelzwärme des flüssigen Metalls abgeführt wird, wodurch die Qualität der Vorprodukte verbessert werden kann. Um eine möglichst unmittelbare Umsetzung des

erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, welches die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe löst, ist es

vorteilhaft, dass wenigstens ein stabförmiger Einbauten einen Aktuator zur Änderung einer Eintauchtiefe des

stabförmigen Einbauteils gegenüber dem Gießspiegel oder einen Aktuator zur Änderung einer Position des stabförmigen

Einbauteils gegenüber einer Seitenwand der Kokille aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich wenigstens einen Messwertaufnehmer zum Messen einer Zustandsgröße der Stranggießmaschine und eine damit verbundene Steuerung auf, wobei der Aktuator jeweils mit der Steuerung und dem stabförmigen Einbauten verbindbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich wenigstens einen Messwertaufnehmer zum Messen einer Zustandsgröße der Stranggießmaschine und eine damit verbundenen Regeleinrichtung auf, wobei der Aktuator jeweils mit der Regeleinrichtung und dem stabförmigen

Einbauten verbindbar ist.

Mittels der beiden letztgenannten Ausführungsformen ist die automatische, d.h. selbsttätige, Anpassung der Eintauchtiefe und/oder der Position eines stabförmigen Einbauteils an verschiedene Betriebsbedingungen möglich.

In einer Ausführungsform bedecken die stabförmigen

Einbauteile weniger als 50 % der Oberfläche des Gießspiegels der Kokille, d.h. dass die Schnittfläche aller stabförmigen Einbauteile mit dem Gießspiegel weniger als 50 % der

Oberfläche des Gießspiegels beträgt.

In einer Ausführungsform weist ein stabförmiges Einbauten einen runden, ovalen, linsenförmigen oder vieleckigen

Querschnitt auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist ein stabförmiges Einbauten einen Kühlkreislauf auf. Dadurch ist es möglich, die Qualität der Vorprodukte zu verbessern. In einer Ausführungsform ist der Aktuator als ein

Druckmittelzylinder oder als ein elektrischer Stellantrieb ausgebildet. Sowohl der Druckmittelzylinder als auch der elektrische Stellantrieb sind gut als Aktuatoren für eine Steuerung oder Regelung geeignet.

Vorteilhafterweise verwendet man die erfindungsgemäße

Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren in einer Stranggießmaschine bei der Herstellung von Vorprodukten aus Schmelze, bevorzugt Brammen oder Dünnbrammen aus Stahl, zur Stabilisierung einer Strömung der Schmelze in Form eines Einfachwirbels oder eines Doppelwirbels in einer Kokille.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Kokille zum Stranggießen von Brammen mit mehreren stabförmigen Einbauteilen

Fig. 2 eine zu Fig. 1 zugehörige Draufsicht

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Kokille zum Stranggießen von Brammen mit einer unterschiedlichen Eintauchtiefe der stabförmigen Einbauteile In Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung einer Kokille zum

Stranggießen von Brammen aus Stahl gezeigt. Dabei fließt eine flüssige Stahlschmelze aus einem nicht gezeigten

Verteilergefäß, welches oberhalb der Kokille 1 angebracht ist, durch ein Gießrohr 6 in die, aus zwei Schmalseitenwänden 2 und zwei Breitseitenwänden 3 gebildete (siehe Fig. 2), Kokille 1, wo sich die Schmelze abkühlt und eine feste

Strangschale ausbildet. Der sich so ausbildende, zumindest teilerstarrte, Strang wird aus der Kokille 1 ausgezogen und in einer nicht gezeigten Strangstützeinrichtung geführt, gestützt und weiter gekühlt. Wie in der Figur gezeigt, strömt die Schmelze unterhalb des Gießspiegels 5 durch mehrere, einander gegenüberliegende, Austrittsöffnungen 7 aus dem Gießrohr aus, wobei sich jeweils eine Strömung der Schmelze in Form eines Doppelwirbels ausbildet. Dabei strömt je ein Freistrahl 8 in Richtung einer Schmalseitenwand 2 der Kokille 1 aus, wobei sich der Freistrahl in den Staupunkten 9 in eine Strömung in Richtung der Strangauszugsrichtung (im Bild nach unten) und in eine Strömung in Richtung des Gießspiegels 5

(im Bild nach oben) aufteilt. Den Strömungen in Richtung des Gießspiegels 5 kommt eine besonders hohe Bedeutung zu, da diese für die Verteilungsbedingungen und das Aufschmelzen des Gießpulvers, das von oben auf den Gießspiegel zugegeben wird, verantwortlich sind.

Die zirkulären Strömungen in Form eines Doppelwirbels werden durch 30 stabförmige Einbauteile 10 (vom Gießverteiler aus betrachtet je 3 Zeilen ä 5 Spalten pro linker und rechter Halbebene des Gießspiegels der Kokille 1, vgl. Fig. 2) stabilisiert, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten der

Strömungen in Form eines Doppelwirbels speziell im Bereich des Gießspiegels 5 reduziert werden. Die Eintauchtiefe eines stabförmigen Einbauteils 10 wird mittels eines - aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für ein stabförmiges Einbauten eingezeichneten - Aktuators 11, der als Druckmittelzylinder ausgebildet ist, so eingestellt, dass der austretende

Freistrahl 8 der Strömung der Schmelze ausgespart wird, d.h. dass die Schmelze im Wesentlichen unbeeinflusst aus dem

Gießrohr 4 in die Kokille 1 austreten kann. In einer

alternativen Ausführungsform wäre es natürlich auch möglich, anstelle der Eintauchtiefe eines stabförmigen Einbauteils gegenüber dem Gießspiegel 5 die Position eines stabförmigen Einbauteils gegenüber einer Schmalseitenwand 2 oder einer Breitseitenwand 3 der Kokille 1 zu verändern.

Die Positionen der stabförmigen Einbauteile 10 werden in Abhängigkeit eines als Strangauszugsgeschwindigkeit ausgebildeten Messwerts eingestellt, wobei der Messwert (eine Drehzahl einer nicht dargestellten, nicht angetriebenen

Strangführungsrolle der Strangstützeinrichtung) von einem Messwertaufnehmer (ein Drehzahlsensor) erfasst wird und einer nicht dargestellten Steuerung zugeführt wird. Die Steuerung ermittelt mittels eines Kennfelds unter Berücksichtigung des Messwerts mehrere Stellsignale, die die Aktuatoren 11 zugeführt werden, sodass die Eintauchtiefen der stabförmigen Einbauteile 10 gegenüber dem Gießspiegel 5 verändert werden. In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung mit

unterschiedlichen Eintauchtiefen der stabförmigen Einbauteile 10 dargestellt (auf die Darstellung der Aktuatoren 11 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet) .

Bezugs zeichenliste

1 Kokille

2 Schmalseitenwand

3 Breitseitenwand

4 Gießrohr

5 Gießspiegel

6 Mittelachse

7 Austrittsöffnung

8 Freistrahl

9 Staupunkt

10 Stabförmiges Einbauten

11 Aktuator