DE-102024210612-A1 - Verfahren zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer chemischen Analyse einer Metallschmelze, aus der ein Stranggießprodukt in der Stranggießanlage hergestellt wird; b) Bestimmen einer Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze auf Basis der bereitgestellten chemischen Analyse mittels eines Heißrissmodells und/oder mittels historischer Daten; c) kontinuierliches Messen der Temperaturen der Kokillenplatten einer Kokille der Stranggießanlage während der Herstellung des Stranggießprodukts und/oder der Temperatur des Kokillenkühlwassers, wobei das Stranggießprodukt mittels Stranggießen der Metallschmelze durch die Kokille hergestellt wird; d) Überwachen des Temperaturverlaufs der kontinuierlich gemessenen Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers; und e) Erkennen von Schwankungen in dem überwachten Temperaturverlauf, welche einen Grenzwert überschreiten, wobei das Überschreiten des Grenzwerts einer hohen Wahrscheinlichkeit eines Längsrisses in dem hergestellten Stranggießprodukt entspricht, wobei der Grenzwert für jedes Stranggießprodukt individuell auf Basis der bestimmten Heißrissempfindlichkeit aus Schritt b) festgelegt wird.

Inventors

• Uwe Grafe
• Artemy Krasilnikov
• Uwe Plociennik

Assignees

• SMS GROUP GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (20)

1. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer chemischen Analyse einer Metallschmelze, aus der ein Stranggießprodukt in der Stranggießanlage hergestellt wird; b) Bestimmen einer Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze auf Basis der bereitgestellten chemischen Analyse mittels eines Heißrissmodells und/oder mittels historischer Daten; c) kontinuierliches Messen der Temperaturen der Kokillenplatten einer Kokille der Stranggießanlage während der Herstellung des Stranggießprodukts und/oder der Temperatur des Kokillenkühlwassers, wobei das Stranggießprodukt mittels Stranggießen der Metallschmelze durch die Kokille hergestellt wird; d) Überwachen des Temperaturverlaufs der kontinuierlich gemessenen Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers; und e) Erkennen von Schwankungen in dem überwachten Temperaturverlauf, welche einen Grenzwert überschreiten, wobei das Überschreiten des Grenzwerts einer hohen Wahrscheinlichkeit eines Längsriss in dem hergestellten Stranggießprodukt entspricht, wobei der Grenzwert für jedes Stranggießprodukt individuell auf Basis der bestimmten Heißrissempfindlichkeit aus Schritt b) festgelegt wird.
2. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 1 , wobei auf Basis der chemischen Analyse der Metallschmelze thermophysikalische Eigenschaften des vergossenen Werkstoffs berechnet werden, wobei die thermophysikalischen Eigenschaften bei der Bestimmung der Heißrissempfindlichkeit und/oder der Festlegung des Grenzwerts im überwachten Temperaturverlauf berücksichtigt werden.
3. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , wobei die thermophysikalischen Eigenschaften einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: thermische Kontraktion der festen Phasen der Metallschmelze im heißrisskritischen Temperaturbereich; Dichte als Funktion der Temperatur; Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Temperatur; Enthalpie als Funktion der Temperatur; und/oder Wärmekapazität als Funktion der Temperatur und die Temperaturen ZDT, LIT und ZST.
4. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die Bestimmung der Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze den Schritt des Ermittelns eines Erstarrungstyps der Metallschmelze umfasst, wobei der Erstarrungstyp angibt, ob die Metallschmelze aufgrund der chemischen Analyse ferritisch, hypoperitektisch, peritektisch, hyperperitektisch oder austenitisch erstarrt.
5. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , umfassend den Schritt des Erstellens einer Vorhersage des Temperaturverlaufs der Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers mittels eines Vorhersagemodells, wobei der überwachte Temperaturverlauf mit der Vorhersage des Temperaturverlaufs verglichen wird und Schwankungen erkannt werden, die den Grenzwert überschreiten.
6. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 5 , wobei das Vorhersagemodell den Temperaturverlauf der Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers und/oder der Strangschale auf Basis eines oder mehrerer der folgenden Eingangsparameter vorhersagt: Prozessparameter wie Gießgeschwindigkeit oder Gießspiegelsignal; historischer Temperaturverlauf bei der Herstellung eines vergleichbaren Stranggießprodukts; Produktspezifikationen des herzustellenden Stranggießprodukts; Gießpulver; Anlageninformationen der Stranggießanlage.
7. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 5 oder Anspruch 6 , wobei das Heißrissmodell und das Vorhersagemodell in einem Stranggießmodell kombiniert sind.
8. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei das Überwachen des Temperaturverlaufs der kontinuierlich gemessenen Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers die Berechnung der Streuungsmaße oder Volatilitätsmaße der gemessenen Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers umfasst.
9. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 8 , umfassend das Berechnen eines Temperaturvariationskoeffizienten, welcher den Prozentsatz der Schwankungen der berechneten Standardabweichung gegenüber dem Mittelwert des gemessenen Temperaturverlaufs über ein Zeitintervall beschreibt.
10. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 , wobei in Schritt e) Schwankungen in der berechneten Standardabweichung oder dem Temperaturvariationskoeffizienten über die Zeit erkannt werden.
11. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , umfassend das Ermitteln einer Wärmeabfuhr auf Basis der kontinuierlich gemessenen Temperatur des Kokillenkühlwassers.
12. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die chemische Analyse der Metallschmelze die Legierungselemente und deren Anteile an der Metallschmelze umfasst.
13. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , wobei die Bestimmung der Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze auf einem oder mehreren der folgenden Parameter basiert: Null-Duktilitätstemperatur; Enthalpie der Null-Duktilitätstemperatur; Flüssigkeit-Undurchdringlich-Temperatur; Enthalpie der Flüssigkeit-Undurchdringlich-Temperatur; Temperatur der Nullfestigkeit; Enthalpie der Temperatur der Nullfestigkeit; rissempfindliches Temperaturintervall; und/oder Differenz der Enthalpie der Flüssigkeit-Undurchdringlich-Temperatur und der Enthalpie der Temperatur der Nullfestigkeit.
14. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , wobei das Heißrissmodell ausgesucht ist aus einem der folgenden Modelle: Modell nach Won, Brittle Temperature Range Modell; Modell nach Ridolfi, Modell nach Kim, oder Modell RDG.
15. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , umfassend den Schritt des Anpassens von Prozessparametern des Stranggießprozesses unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit von Längsrissen in dem herzustellenden Stranggießprodukt.
16. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 15 , wobei die Prozessparameter ausgewählt sind aus: Gießpulvertyp, Gießpulverzusammensetzung, Gießpulvermassenstrom, Gießpulvermenge, Gießgeschwindigkeit, Kokillenkühlung, Kokillenwasserstrom, Kokillenparameter wie elektromagnetischer Kokillenrührer oder Kokillenbremse.
17. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16 , umfassend den Schritt des Ausgebens eines Hinweises, wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit von Längsrissen in dem hergestellten Stranggießprodukt ermittelt wurde oder vorab, wenn in Schritt b) eine hohe Heißrissempfindlichkeit bestimmt wurde.
18. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17 , wobei in Schritt e) zusätzlich ermittelt wird, wie groß die Überschreitung des Grenzwerts ist und/oder wie lange der Grenzwert überschritten wird.
19. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach Anspruch 18 , wobei auf Basis der Größe der Überschreitung des Grenzwerts und/oder der Länge der Überschreitung des Grenzwerts die Art des zu erwartenden Längsrisses und/oder die Ursache des zu erwartenden Längsrisses ermittelt wird.
20. Verfahren (1) zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19 , wobei die Schritte c) bis e) über ein gleitendes Zeitfenster ausgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage. Beim Stranggießen von Stahl entstehen in der Kokille Längsrisse im sich erkaltendem Strang. Längsrisse lassen sich als scharfer Abfall der Temperatur einzelner Temperaturmessstellen in der Stranggießkokille feststellen. Eine erhöhte Vorhersagegenauigkeit wird durch mehrere über die Höhe der Kokille verteilte Reihen von Temperaturmessstellen erreicht. Nach der Erstdetektion können die nachfolgend vom Strang passierten Temperaturmessstellen Defekte bestätigen und Ergebnisse absichern. Hierzu ist eine zeitliche Korrektur der Temperaturmessstellen in den unterschiedlichen Reihen vorzusehen. Der Korrekturwert ergibt sich aus dem Abstandsmaß der Temperaturmessstellen und der aktuellen Stranggeschwindigkeit, da der Defekt ortsfest in der Strangoberfläche lokalisiert ist. Bisherige Verfahren, mit einer direkten Messung und Auswertung der Temperaturwerte, wie sie beispielsweise in der JP 01210160 A oder der JP 62192243 A beschrieben sind, scheitern oft an der hohen Ausfallrate der Thermoelemente und der schlechten Anbindung der Thermoelementspitze an das Kupfer der Kokille. Diese Anbindungsproblematik führt zu stark im Temperaturniveau verfälschten Signalen. Andererseits hat jede Kokille durch die beiden obigen Tatsachen ihren persönlichen „Fingerabdruck“ (Eigenmuster, Identitätsbild). Dieser „Fingerabdruck“ ist charakterisiert durch Temperaturniveauabweichungen und Totalausfälle innerhalb der hohen Anzahl der in Reihen auf Breit- und Schmalseite angeordneten Temperaturmessstellen. Die WO 2009/149680 A1 offenbart ein Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen von Stahlbrammen, wobei die örtliche Strangtemperatur durch in der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente gemessen wird. Unter Berücksichtigung der aktuellen, von den in der Kokille angeordneten Thermoelementen gemessenen Temperaturwerte und auf der Basis der bei einem rissfreien Zustand ermittelten Temperaturwerte erfolgt eine statistische Bewertung des Risikos eines längsrissbedingten Durchbruchs des Stranges. Sämtliche vorgenannten Verfahren basieren auf einer Auswertung der Kokillentemperatur während des Stranggießens. Aufgrund der genannten Fehleranfälligkeit der verwendeten Thermoelemente und der äußeren Einflüsse beim Stranggießprozess ist die Genauigkeit der bekannten Verfahren begrenzt. Aufgabe der Erfindung ist es, die Genauigkeit von Verfahren zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage von Längsrissen bei der Produktion von Stranggießprodukten in einer Stranggießanlage, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer chemischen Analyse einer Metallschmelze, aus der ein Stranggießprodukt in der Stranggießanlage hergestellt wird;b) Bestimmen einer Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze auf Basis der bereitgestellten chemischen Analyse mittels eines Heißrissmodells und/oder mittels historischer Daten;c) kontinuierliches Messen der Temperaturen der Kokillenplatten einer Kokille der Stranggießanlage während der Herstellung des Stranggießprodukts und/oder der Temperatur des Kokillenkühlwassers, wobei das Stranggießprodukt mittels Stranggießen der Metallschmelze durch die Kokille hergestellt wird;d) Überwachen des Temperaturverlaufs der kontinuierlich gemessenen Temperaturen der Kokillenplatten und/oder des Kokillenkühlwassers; unde) Erkennen von Schwankungen in dem überwachten Temperaturverlauf, welche einen Grenzwert überschreiten, wobei das Überschreiten des Grenzwerts einer hohen Wahrscheinlichkeit eines Längsrisses in dem hergestellten Stranggießprodukt entspricht,wobei der Grenzwert für jedes Stranggießprodukt individuell auf Basis der bestimmten Heißrissempfindlichkeit aus Schritt b) festgelegt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt mittels eines Heißrissmodells und/oder mittels historischer Daten die Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze auf Basis einer bereitgestellten chemischen Analyse. Aus der Metallschmelze wird das Stranggießprodukt in der Stranggießanlage hergestellt. Es wird also eine für die jeweilige verwendete Metallschmelze eine Heißrissempfindlichkeit bestimmt. Die für die Herstellung eines Stranggießprodukts in der Stranggießanlage verwendete Metallschmelze schwankt üblicherweise innerhalb vorgegebener Min-Max-Grenzen. Diese Schwankungen haben einen Einfluss auf die Entstehung von Längsrissen während des Stranggießprozesses. Erfindungsgemäß wird die Heißrissempfindlichkeit der Metallschmelze ermittelt. Die ermittelte Heißrissempfindlichkeit wird dazu verwendet, die Auswertung des überwachten Temperaturverlaufs der kontinuierlich gemessenen Temperaturen der K