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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von makroseigerungsarmen Strängen aus beruhigtem Stahl nach dem Stranggiessverfahren mit einer gekühlten Durchlaufkokille, wobei während des Abgiessens der Schmelze metallische Festkörper in die Kokille eingebracht werden.
Bei Stranggiessanlagen bekannter Bauart wird der austretende teilerstarrte Strang in einer in mehrere Zonen aufgeteilten Nachkühlstrecke so lange gekühlt, bis er durcherstarrt ist.
Der Strang weist bei dieser Giesstechnik üblicherweise Makroseigerungen auf, welche für alle Verwendungszwecke von Nachteil sind, bei denen ein besonders homogener Werkstoff, über den gesamten Strangquerschnitt gesehen, wesentlich ist, beispielsweise bei der Erzeugung von Nahtlosrohren, Vergütungs-, Schmiede- und Kugellagerstählen. Die Anreicherung seigernder Elemente in der Restschmelze führt zu einem relativ schmalen, in der Querschnittsmitte liegenden Seigerstreifen.
Durch spezielle Massnahmen beim Giessen, insbesondere durch niedrige Giesstemperaturen, kann die Seigerung gering gehalten werden. Dies aber bedeutet eine Einschränkung der Giessbedingungen, deren Einhaltung oft schwierig ist und durch welche Massnahmen Giessstörungen bewirkt werden können.
Eine weitere Möglichkeit, die Seigerungstendenz zu vermindern, wird in der DE-AS 2340291 beschrieben, gemäss welcher durch ein tiefes Eindringen des Giessstrahles in Richtung der Spitze des flüssigen Sumpfes Anreicherungen der Restschmelze an seigernden Elementen weitestgehend verhindert werden. Der dazu erforderliche, senkrecht nach unten gerichtete Giessstrahl bringt aber Nachteile hinsichtlich der Oberflächengüte des Stranges mit sich. Ausserdem ist das Verfahren nur für relativ geringe Strangabzugsgeschwindigkeiten geeignet.
Zum Stranggiessen unberuhigten Stahles wurde vorgeschlagen (JP-AS 41-13722), die Stahlschmelze intermittierend in eine lange Durchlaufkokille zu vergiessen und nach Erstarrenlassen der Randschicht, gegebenenfalls nach Einbringen eines Deckels, den erstarrten Strang auszuziehen, worauf das Giessen fortgesetzt wird, bis der Giessspiegel bis unterhalb der Eintrittsmündung der Kokille angestiegen ist. Diese Methode ist entsprechend umständlich und zeitraubend.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten beim Stranggiessen beruhigter Stähle zu vermeiden und ein betriebssicheres Verfahren zu schaffen, bei welchem eine hohe Giessleistung erzielbar ist und gleichzeitig das Ausmass der Makroseigerungen im fertigen Strang äusserst gering ist.
Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Beobachtung zugrunde, dass bei Giessende eines Stranges der Strang seigerungsfrei erstarrt, u. zw. auf einer Länge, welche der Sumpftiefe entspricht.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art dadurch gelöst, dass der Strang jeweils nach einer Auszugstrecke, welche maximal der Sumpftiefe l entspricht, unter Brückenbildung durch Einbringen der Festkörper unterbrochen wird.
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worin v die Strangabzugsgeschwindigkeit in mm. min -1, d die Strangdicke in mm und
G einen für die Stranggiessanlage charakteristischen, empirisch ermittelten Erstarrungsfaktor .-1/2 in mm. min bedeuten.
Der Erstarrungsfaktor weist im allgemeinen Werte zwischen 24 und 27 mm. min' auf.
Die nahezu seigerungsfreie Erstarrung wird vor allem durch eine verstärkte globulare Erstar- rung in der Kernzone bewirkt. Da keine heisse Schmelze mehr nachfliesst, verflacht das Temperatur- profil über die Strangdicke und das Dendritenwachstum wird vorzeitig unterbrochen. Dieser Zustand wird erfindungsgemäss beim Abguss einer Schmelze wiederholt hergestellt, indem die Strömung des flüssigen Stahles in der Kokille unterbrochen wird, so dass beim Weitergiessen dem zuvor gegossenen Strangteil keine neue Schmelze mehr zugeführt wird bzw. kein oder nur mehr geringfügiger Flüssig-
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keitsaustausch zwischen den Strangteilen stattfindet.
Vorteilhaft erfolgt das Einbringen der Festkörper in einem solchen zeitlichen Abstand, dass der Strang im Bereich von weniger als 80%, vorzugsweise 40 bis 80%, der Sumpftiefe l unterbrochen wird, da in der Sumpfspitze bereits Anreicherungen der seigernden Elemente in verstärktem Mass vorhanden sind. Der tatsächliche Abstand von Unterbrechung zu Unterbrechung wird auf die verlangten Teillängen des Stranges abgestimmt. Aus betrieblichen Gründen wird der Abstand so gross wie möglich gehalten. Man trachtet also, möglichst viele Teillängen in einem Strangabschnitt zwischen zwei Unterbrechungen unterzubringen. Es ist jedoch meist nicht erforderlich, die Strömung in kürzeren Abständen als 40% der Sumpftiefe zu unterbrechen.
Zweckmässig werden als metallische Festkörper Rohre verwendet.
Es können jedoch auch Platten eingebracht werden. Erforderlichenfalls kann die Strangabzugsgeschwindigkeit beim Einbringen der metallischen Festkörper vermindert werden. Die Verminderung der Abzugsgeschwindigkeit wird aber so gering als möglich gewählt, um die Giessleistung möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Wird die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges während des Giessens geändert, so wird für v ein Mittelwert zur Berechnung der Sumpftiefe eingesetzt.
Die Sekundärkühlung nach Austritt des Stranges aus der Durchlaufkokille ist bei Variation der Abzugsgeschwindigkeit so einzustellen, dass die Kühlwassermenge pro Masseneinheit des Stahles in den einzelnen Zonen weitestgehend konstant gehalten wird.
Es soll auch darauf geachtet werden, dass unterhalb der Unterbrechungsstelle der Flüssigkeitsströmung kein Lunker entsteht. Im Regelfall zieht sich der Strang an dieser Stelle infolge Schrumpfung geringfügig ein.
Stränge, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugt werden, sind nahezu seigerungsfrei. Aus der Kernzone entnommene Bohrspäne, Bohrerdurchmesser 5 mm, weisen einen nicht mehr als 5% höheren Gehalt an den Elementen C, Mn, P, S und N gegenüber den entsprechenden Gehaltswerten in einem seigerungsfreien Bereich, beispielsweise in einem Abstand von 25% von der Oberfläche, auf. Bei konventionell gegossenen Strängen können die Analysenwerte, bezogen auf seigerungsfreie Strangbereiche, um bis zu 50% ansteigen.
Durch das folgende Beispiel wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert :
Eine Schmelze von 100 t unlegierten C-Stahles, für welchen unter den gegebenen Giessbedingungen ein Erstarrungsfaktor von 25 mm. min' gilt, wird zu Stranggussbrammen mit, 200 mm Strangdicke vergossen. Der Abguss erfolgt in einer Senkrechtabbiegeanlage, bei der der Strang mit flüssigem Sumpf gerichtet werden kann. Der horizontale Strangteil beginnt in einem Abstand von 15 m vom Giessspiegel. Der Strang wird mit einer Geschwindigkeit von 1, 4 m/min abgezogen.
Die Stahlströmung wird durch Einbringen eines Rohres in den Bereich des Giessspiegels des flüssigen Stahles unterbrochen. Die Strangabzugsgeschwindigkeit wird dabei kurzzeitig vermindert.
Zur Berechnung der Sumpftiefe l wird daher eine mittlere Strangabzugsgeschwindigkeit von 1,3 m/min in die Gleichung eingesetzt. Für die Sumpftiefe ergibt sich somit ein Wert von 21 m.
Die Stahlströmung wird dementsprechend vorteilhaft jeweils nach einer gegossenen Stranglänge zwischen 16, 8 und 8, 4 m unterbrochen, welche Länge 40 bis 80% der errechneten Sumpftiefe entspricht. Festgelegt wird, dass von einer Unterbrechung zur nächsten 16, 2 m Stranglänge gegossen werden (entsprechend einem zeitlichen Abstand von 12, 5 min zwischen den Unterbrechungen). Aus jedem dieser Strangteile von 16,2 m können 2 Brammen mit einer vorgeschriebenen Länge von je 8 m geschnitten werden, sowie ein Reststück, in dem sich das eingebrachte Rohr befindet. Während der Verminderung der Strangabzugsgeschwindigkeit bzw. einer kurzzeitigen Giessunterbrechung wird die Kühlwassermenge in der Sekundärkühlungszone reduziert und entsprechend der Geschwindigkeitszunahme beim erneuten Anfahren auf volle Geschwindigkeit wieder erhöht.
Die Sekundärkühlung
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in Höhe der halben Strangdicke und aus einem Bereich im Abstand von 50 mm von der Oberfläche des Stranges. Folgende Analysenwerte wurden erhalten :
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<tb>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> N <SEP> %
<tb> 50 <SEP> mm <SEP> von <SEP> der <SEP> Oberfläche <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 0,90 <SEP> 0,030 <SEP> 0,025 <SEP> 0,0060
<tb> halbe <SEP> Strangdicke <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 93 <SEP> 0, <SEP> 031 <SEP> 0, <SEP> 026 <SEP> 0, <SEP> 0062 <SEP>
<tb>
Die Brammen sind für den vorgesehenen Verwendungszweck, nämlich zur Verarbeitung zu hochwertigem Kesselblech, voll geeignet, da gemäss der Analyse praktisch keine Anreicherung der seigernden Elemente im Brammenkern festzustellen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von makroseigerungsarmen Strängen aus beruhigtem Stahl nach dem Stranggiessverfahren mit einer gekühlten Durchlaufkokille, wobei während des Abgiessens der Schmelze metallische Festkörper in die Kokille eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang jeweils nach einer Auszugstrecke, welche maximal der Sumpftiefe l entspricht, unter Brückenbildung durch Einbringen der Festkörper unterbrochen wird.