Zie meer

Staalplaat met zuiver oppervlak

Het gieten bepaalt het oppervlak van de staalplaat

De klanten van ArcelorMittal Gent wensen een staalplaat met een perfect oppervlak. Dit wil zeggen: een oppervlak zonder krassen, putjes of lijntjes. Een deel van de oppervlaktefouten ontstaat tijdens het walsen van de plaat. Maar het oppervlak zelf wordt gevormd bij het gieten. Een foutvrij oppervlak ontstaat dus tijdens het stollen van het staal.

ArcelorMittal Gent giet continu staal in de vorm van plakken. Het staal stolt in de gietvorm. Dat is een koperen doos zonder bodem waarin bovenaan het vloeibare staal gegoten wordt. De koperen wanden worden gekoeld met water. Zo wordt voldoende warmte afgevoerd om de buitenste laag staal te doen stollen.

Figuur 1: doorsnede van de gietvorm (vooraanzicht)

Millimeterwerk

De eerste millimeters gestold staal vormen het oppervlak van de plak en dus van de latere staalplaat. De wijze waarop deze eerste millimeters stollen, is dan ook uitermate belangrijk. Een van de kritische factoren is de stabiliteit van het badniveau in de gietvorm. Kleine schommelingen in het badniveau geven aanleiding tot een onregelmatige stolling en waar de stolling onregelmatig verloopt, verhoogt de kans op fouten in het oppervlak van de staalplaat.

De badhoogte meten we om de 50 milliseconden via een elektromagnetisch veld. Door de interactie van het vloeibare staal met dit veld, kunnen we precies de staalhoogte bepalen. Deze metingen worden doorgestuurd naar een regelmechanisme dat via een stopperstang de uitloop stuurt. Zo regelen wij het staaldebiet dat in de gietvorm stroomt.

Het vloeibare staal stroomt in de gietvorm met een debiet dat kan oplopen tot 6 ton per minuut. Het is een hele opgave om bij deze debieten het badniveau in de gietvorm stabiel te houden. Hiervoor wenden we dan ook de meest verfijnde regeltechnieken aan.

De ene schommeling is de andere niet

Wij onderscheiden verschillende soorten schommelingen van het gietvormpeil. Zo spreken we van staande golven, buiken en sputters. Elk van deze fenomenen kunnen wij voorkomen via aangepaste technieken.

Een staande golf is een regelmatig weerkerend patroon in het gietvormpeil. De breedte van de gietvorm bepaalt de frequentie van de golf. Door te filteren op deze specifieke frequenties, detecteren we het ontstaan van een staande golf. Zodra gedetecteerd, worden geavanceerde filters gebruikt om het fenomeen te onderdrukken.
Een zogenaamde buik is een schommeling die veroorzaakt wordt enkele meters onder de gietvorm. Door de kracht van de kolom vloeibaar staal, wordt de plak plaatselijk dikker tussen de rollen van de gietmachine. Dit uitbuiken zorgt voor een minieme verplaatsing van vloeibaar staal, meetbaar in de gietvorm. De gietsnelheid en de afstand tussen de rollen bepalen de frequentie van de schommeling.

Figuur 2: frequentiespectrum van het meetsignaal van het staalbadniveau. De karakteristieke frequentie komt overeen met het uitbuiken van de streng onder de gietvorm

Een sputter is een plotselinge piek in het badniveau. Sputters kenmerken zich niet door een specifieke frequentie. Om sputters te detecteren, gebruiken we fuzzy logica. Voortdurend testen we het signaal van het gietvormpeil op een aantal karakteristieken. Deze combineren we tot een fuzzy variabele, die weergeeft in welke mate het sputterfenomeen aanwezig is. Dit resultaat wordt uitgezet in een online SPC-kaart (Statistical Process Control). Op die manier kunnen we gericht alarmen sturen naar de operatoren en ingrijpen wanneer nodig.

Figuur 3: karakteristiek patroon van een “sputter”

Figuur 4: OSPC-kaart sputters

Het resultaat van dit alles is een stabiel badniveau in de gietvorm. Voor het grootste deel van de productie slagen we erin om de schommelingen te beperken tot minder dan 10 mm. Het blijft echter een voortdurende zorg om het steeds beter te doen.