CH639013A5 - Bogen-stranggussanlage. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bogen-Stranggussanlage niederer Bauart, mit einer gebogenen Kokille, einer Vorrichtung zum Tragen und Führen eines gebogenen Stranges, Kühlbereichen, einer Vorrichtung zum Richten des gebogenen Stranges und einem horizontalen Rollgang.

Die bei derartigen Anlagen auftretenden Installations-und Betriebskosten sind niedrig. Trotzdem produzieren solche Anlagen Stahlstränge ohne Rissbildung und Oberflächen- oder Kantenrisse.

Bei herkömmlichen Verfahren wird eine Stahlschmelze in eine Kokille gegossen, wobei der entstandene Block in einem Wärme- oder Tiefofen erwärmt wird. Danach wird der Block zu einer Bramme oder einem Walzblock vorgewalzt und anschliessend auf die Umgebungstemperatur gekühlt. In der Folge wird die Bramme oder der Walzblock zur Behebung von Oberflächenfehlern einem Flämmputzen unterworfen, wonach die Bramme wiedererwärmt und zu einem wannen Band oder zu einer Schiene gewalzt wird.

Inzwischen haben grosse Fortschritte in der Anwendung von Verfahren zum Giessen einer Stahlschmelze zu langen, zusammenhängenden Stäben oder Strängen stattgefunden, die anschliessend abgekühlt, einem Flämmputzen unterworfen und danach für das Walzen zu warmen Bändern oder Schienen wiedererwärmt werden. Dieses Verfahren, das Stranggiessen oder zusammenhängendes Giessen genannt wird, ist viel einfacher als das herkömmliche Kokillengussverfahren und besitzt gegenüber diesem zwei Vorteile, indem eine höhere Ausbeute an nützlichen Produkten erreicht wird und zweitens eine Erwärmung im Wärme- oder Tiefofen wegfällt.

Um die Wirtschaftlichkeit beim Stranggiessen zu erhöhen, sollte die Stranggussanlage die folgenden Bedingungen erfüllen, nämlich

1. sehr niedrige Installations- und Betriebskosten garantieren; und

2. eine effektive Ausnützung der in der Metallschmelze vorhandenen Wärme ermöglichen.

Die unter 1. erwähnte Bedingung kann dadurch erfüllt werden, dass a) das Gewicht der Anlage reduziert, b) die Giessgeschwindigkeit erhöht wird, um die Betriebskosten pro Gewichtseinheit der Metallschmelze zu senken, und dass c) der Unterhalt der Anlage erleichtert wird.

Die Forderung gemäss a) kann dadurch erfüllt werden, dass die Steifigkeit der Anlage herabgesetzt wird, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Ferner kann der Strang von weniger Walzen mit niedrigerem Querschnitt als bisher getragen werden.

Falls die Giessgeschwindigkeit zur Erfüllung der Forderung b) erhöht wird, läuft ein Strang mit niedriger Dicke und erstarrter Randzone durch die Anlage. Dies bewirkt, dass sich der Strang aufweitet, so dass innere Risse oder eine mittige Aussonderung entstehen. Der Bogenteil der Anlage legt die Strecke fest, entlang welcher sich der Strang bewegt. Dabei muss der Abstand zwischen den einzelnen Walzen zum Tragen, Führen und Antreiben des Stranges längs dieser Strecke genau eingestellt sein. Infolgedessen ist ein Unterhalt der Anlage, bei dem die Walzen ausgewechselt werden, naturgemäss sehr kompliziert, sodass die Länge des Bogenteils reduziert werden muss, um Forderung c) zu erfüllen.

Die unter 2. erwähnte Bedingung reduziert die zur Erwärmung des abgekühlten Stranges für das Warmwalzen erforderliche thermische Energie, indem eine Wiedererwärmung des Stranges nicht mehr erforderlich ist.

Somit wird vorwiegend oder allein die Wärme der Stahlschmelze zur Erwärmung für den Walzvorgang verwendet. Die Stranggussanlage muss einen Strang hoher Güte herstellen, der weder Oberflächenrisse noch andere Fehler aufweist» die vor dem Walzvorgang behoben werden müssen. Unter einem «Strang hoher Güte» ist dabei ein Strang gemeint, der keine mittige Aussonderung, innere Risse, Oberflächenrisse, Fehler oder nichtmetallische Einschlüsse aufweist. Dabei ist insbesondere ein Strang ohne Oberflächenfehler, wie Oberflächenrisse oder Kantenrisse gemeint, die erst entfernt werden können, wenn der Strang abgekühlt ist.

Heute sind Stranggussanlagen weit verbreitet, in denen der aus einer gebogenen Kokille austretende Strang gerichtet wird, bevor er in der Querschnittmitte vollständig erstarrt. Dies wird normalerweise mit einem grossen Bogenradius (10-13 m) für die Kokille und den ersten Bogenteil und einer Giessgeschwindigkeit von 0,7 bis 2,0 m/min sowie mit dicht nebeneinander angeordneten Walzen und durch Sprühkühlen erreicht.

Während des Giessvorganges steht das Innere des Stranges unter einem hohen statischen Druck, der von der ununterbrochenen Strömung der Metallschmelze von der Kokille verursacht wird. Somit muss die Anlage eine relativ hohe Festigkeit aufweisen, um den Strang zuverlässig zu tragen und zu führen und eine genaue Bewegungsstrecke zu gewährleisten. Auf der anderen Seite tendiert der hohe statische Druck der Metallschmelze in den heutigen Stranggussanlagen zur Erzeugung einer Aufweitungsspannung im Strang. Der von der Kokille austretende Strang wird von dicht nebeneinander angeordneten Walzenpaaren getragen und geführt, um die Aufweitung oder Ausbauchung zu reduzieren.

Ferner wird der Strang mit Wasser (Strömungsverhältnis 1,0 oder mehr Liter/kg) im zweiten Kühlungsbereich schnell zur Stärkung der erstarrten Randzone gekühlt. Gleichzeitig

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wird der Strang mit einer niedrigen Geschwindigkeit gezogen, damit eine dickere und infolgedessen stärkere erstarrte Randzone entsteht. Wenn aber die Temperatur der erstarrten Randzone abnimmt und die Dicke zunimmt, kann die Wärme der Stahlschmelze nicht wirksam zur Herabsetzung oder als Ersatz für die zum Walzen des Stranges erforderliche thermische Energie verwendet werden.

Wenn ein, zur Bildung einer kälteren, erstarrten dicken Randzone, schnell abgekühlter und langsam gezogener Strang gerichtet wird, entstehen innere Risse, querlaufende Oberflächenrisse oder Kantenrisse. Um die beim Ausbauchen und Richten entstandene Spannung auf ein Mindestmass herabzusetzen und somit die Entwicklung der obengenannten Fehler zu verhindern, werden gegenwärtig die drei folgenden Massnahmen getroffen:

Es werden dicht nebeneinander angeordnete Walzen zum Tragen und Führen des Stranges im Bogenteil der Anlage verwendet. Ferner wird die mögliche Spannung durch Mehr-punkt-Richten und Verwendung von verschiedenen Bogen-radien verteilt, wobei schnell abgekühlt wird, damit eine ausreichend starke, erstarrte Randzone zur Verhinderung eines Ausbauchens entsteht. Bei herkömmlichen Anlagen fängt deshalb das Richten 15,7 bis 20,4 m vom Badspiegel entfernt in der Kokille an, in der Längsrichtung des Stranges gemessen. In diesem Punkt hat der Strang eine Oberflächentemperatur zwischen 700 und 900 °C und eine erstarrte Randzone mit einer geschätzten Dicke von etwa 80 bis 120 mm. Falls der Strang eine Dicke von 250 mm und eine Breite von 1800 mm aufweist, beträgt die erstarrte Randzone etwa 64 bis 96% der Strangdicke. Wenn ein solcher Strang gerichtet wird, sind eine Kantenrisshäufigkeit von 10 bis 30% und ein berechneter innerer Risspunkt (C 2:1,5%) von 4 bis 5%, sogar mit Anlagen der heutigen Technik, nicht zu vermeiden. Der Strang kann aber erst dann der Walzstufe zugeführt werden, wenn er abgekühlt ist und diese Fehler behoben sind.

In einem Artikel in der Zeitschrift «Stahl und Eisen» Nr, 16 (1975), Seiten 733-741, ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein bogenförmiger Strang (Dicke: 150 mm, Breite: 600 mm) mit einem Bogenradius von 3,90 m von einer gebogenen Kokille mit einer Geschwindigkeit von 0,9 und 0,4 m/min gegossen wird. Nach einer Nachkühlung durch Wassersprühen wird der Strang an mehreren Punkten gerichtet. Bei diesem Verfahren wird der statische Druck der Stahlschmelze reduziert und somit ein Weg zur teilweisen Lösung der vorhandenen Probleme, d.h. eine starke Herabsetzung der Installations- und Betriebskosten der Stranggussanlage angezeigt. Gemäss «Stahl und Eisen» hat eine Stranggussanlage mit niederem Gefälle eine geringe Steifheit, jedoch erlaubt sie die Herstellung von befriedigendem Strangguss. «Stahl und Eisen» nennt aber kein Verfahren zur Lösung eines weiteren Problems, nämlich das Giessen einer Stahlschmelze mit einer höheren Geschwindigkeit, von z.B. 1,70 m/min, um die Betriebskosten pro Gewichtseinheit des Stranges zu reduzieren. Der Artikel gibt ferner keine Hinweise zur Herstellung eines Stranges hoher Güte durch eine wirksame Verwendung der Wärme der Stahlschmelze zur Herabsetzung oder Eliminierung der zum Walzen des Stranges erforderlichen thermischen Energie.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bogen-Stranggussanlage der genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Installations- und Betriebskosten der Anlage gegenüber bestehenden Ausführungen gesenkt werden. Dabei soll ein Strang hoher Güte herstellbar sein, wobei die Wärme der Stahlschmelze zur Erwärmung des Stranges für den Walzvorgang verwendet wird, damit keine oder nur eine geringe zusätzliche Wärmemenge benötigt wird.

Die erfindungsgemässe Bogen-Stranggussanlage der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Richtvorrichtung in einem Bereich befindet, der sich von 6 bis 35% der Länge der gesamten Strangführung vom Bad-5 Spiegel bis zum Erstarrungspunkt erstreckt.

Dabei ist der Anfangspunkt (0%) dieser Länge der Badspiegel und deren Endpunkt der Erstarrungspunkt des Stranges (100%). Der Erstarrungspunkt kann sich aber in der Quer- und der Längsrichtung des Stranges infolge wech-10 selnder Betriebsbedingungen leicht verschieben.

Für die folgende Betrachtung ist die Länge des Stranges vom Badspiegel in der Kokille bis zum Endpunkt der Erstarrung von entscheidender Bedeutung.

is Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Stranggussanlage beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der prozentualen Erstarrung eines Stranges und dem 20 Richtwert,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen den Ecktemperaturen eines Stranges und der prozentualen Erstarrung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Badspiegelhöhe 25 zur Aufweitungshöhe des Stranges,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Einflusses der Badspiegelhöhe auf die Aufweitung oder Ausbauchung eines Stranges, in Abhängigkeit von der Durchschnittstemperatur im Strangquerschnitt am Auslaufende der Anlage, wobei der 30 schraffierte Teil a einen mit einer herkömmlichen Anlage erzeugten Aufweitungsbereich darstellt,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Einflusses des Bogenradius auf den Richtwert an Richtstellen eines Stranges, wobei die Kurven b), c) und d) jeweils das Richten in einem, 35 zwei und drei Punkten anzeigt, während die Kurve e) den kritischen Richtwert für das Entstehen von inneren Rissen anzeigt und die Kurve f) das Richten an fünf Stellen darstellt,

Fig. 6a eine graphische Darstellung der Wirkungen beim 40 Besprühen der Oberfläche eines Stranges mit Wasser oder einer Mischung aus Gas und Flüssigkeit auf die Temperatur der Strangoberfläche, gemessen in der Längsrichtung,

Fig. 6b wie Fig. 6a, jedoch mit Temperaturmessung in der Querrichtung,

45 Fig. 7 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Durchschnittstemperatur im Querschnitt eines 250 mm dicken Stranges und der Giessgeschwindigkeit, wobei die Linie g) die kritische Temperatur für direkte Strangzufuhr zum Walzwerk anzeigt, und so Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer Strangguss-' anlage niederer Bauart.

Zur Herabsetzung der Installations- und Betriebskosten beim Stranggiessen verwendet die vorliegende Ausführung eine Bogen-Stranggussanlage niederer Bauart mit einer ge-55 bogenen Kokille mit grossem Bogenradius. Die Anlage hat eine Höhe von höchstens 5,00 m, vorzugsweise 4,50 m und die Giessgeschwindigkeit beträgt mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min. Ferner ist es vorgesehen, dass die Richtstellen in einem Bereich von 6 bis 35% der Erstar-60 rungslänge angeordnet sind. Diese drei Faktoren tragen nicht nur zur Herabsetzung der Investitions- und Betriebskosten der Anlage bei, sondern auch zur wirksamen Verwendung der Wärme der Metallschmelze. Diese Wärme bewirkt eine Reduktion der zusätzlichen Energiezufuhr zur Erwär-65 mung eines abgekühlten Stranges, auf eine für das Warmrol-len geeignete Temperatur. Unter Umständen ist es nicht erforderlich, dem Strang zusätzliche Energie für den Walzvorgang zuzuführen.

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Durch Verwendung einer höchstens 5 m hohen Stranggussanlage für Schnellgiessen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, können die Kosten für das Stranggussverfahren reduziert werden. Diese Kostenreduktion ist teilweise auf das geringere Gewicht der Anlage und auf die reduzierte Bauhöhe des Fabrikgebäudes zurückzuführen. Gleichzeitig werden die Betriebskosten der Anlage pro Gewichtseinheit des Stranges reduziert.

Eine Giessgeschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, bewirkt, dass der Strang die Anlage durchlaufen muss, bevor sich eine erstarrte Randzone mit ausreichender Dicke gebildet hat, wodurch die Ausbauchungsgefahr steigt. Wenn aber eine Anlage mit einer Höhe von nicht mehr als 5 m verwendet wird, sinkt der statische Druck der Metallschmelze um mindestens die Hälfte, so dass auch das Ausmass einer möglichen Ausbauchung reduziert wird.

Eine weitere Forderung besteht in der wirksamen Verwendung der Eigenwärme der Metallschmelze zur Wiedererwärmung des Stranges, um damit auf die Zufuhr von Fremdwärme teilweise oder gänzlich zu verzichten, wenn ein abgekühlter Strang für das Warmrollen erwärmt werden muss.

Beim Warmrollen wird verlangt, dass a) der Strang mit einer Temperatur von mindestens 1100 °C dem Walzwerk zugeführt wird, und dass b) der Strang keine Oberflächenquerrisse oder Kantenrisse aufweisen darf.

Um diese Forderungen zu erfüllen, ist die Anlage für eine Giessgeschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, ausgelegt. Ferner muss der Strang mit einer Temperatur von mindestens 1100 °C, vorzugsweise 1200 °C, dem Walzwerk zugeführt werden. Da die Anlage ein Gefälle von höchstens 5 m aufweist, sind die Richtstellen in einem Bereich von 6 bis 35% der Erstarrungslänge der Anlage angeordnet, so dass das Giessen eines Stranges hoher Güte mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, möglich ist. Die untere Grenze von 6% ist durch die folgenden Faktoren festgelegt. Die in Bogenanlagen verwendete bogenförmige Kokille oder der Anfang des bogenförmigen Stranges hat einen Bogenradius von 1,50 m oder mehr, weil ein Strahl aus geschmolzenem Stahl durch eine Düse zugeführt wird, so dass Brüche in der in der Kokille gebildeten, erstarrten Randzone oder Hülle entstehen können. Bei einer Kokille mit einem Bogenradius von 1,50 m ist das Richten des bogenförmigen Stranges an einer Stelle 2,40 m vom Badspiegel weg, beendet. Wenn die Erstarrungslänge 40 m beträgt, was eine Maximallänge bei den heutigen Anlagen darstellt, so entsprechen 2,40 m 6%, was die untere Grenze darstellt.

Durch Anordnung der Richtstellen in einem Bereich von 6 bis 35% der Erstarrungslänge entsteht eine dünne, erstarrte Randzone im bogenförmigen Strang an den einzelnen Richtstellen. Dadurch wird die kritische Spannung für Ober-flächenrisse erhöht und deren Entstehungsgefahr reduziert.

Versuche haben gezeigt, dass Risse dann entstehen können, wenn der Strang bei einer Temperatur zwischen 700 und 900 °C (Sprödigkeitsbereich) gerichtet wird. Wenn die Richtstellen dagegen im Bereich von 6 bis 35% der Erstarrungslänge liegen, findet das Richten in einem Temperaturbereich oberhalb von 900 °C statt.

Bei den vorliegenden Anlagen werden 5 oder mehr Richtstellen verwendet, um mögliche Richtspannungen zwischen diesen Stellen zu verteilen. Noch dazu trägt und führt die Anlage den Strang mittels Walzen mit kleinerem Durchmesser, die zusammen mit der niedrigeren Höhe (kleiner als 5 m) der Anlage zur Reduktion ihres Gewichtes beitragen.

Zudem sind die Walzen in einer Steigung von 200-400 mm, gegenüber 500-600 mm bei herkömmlichen Anlagen angeordnet, wobei mindestens eine Walze in der Längsrichtung in zwei oder mehr Walzenkörper aufgeteilt ist, damit der Abstand zwischen den Lagerstellen der Walzen reduziert wird. Dabei können z.B. zweigeteilte Walzen verwendet werden, die eine Achse, zwei Walzenkörper und vier Lager aufweisen. Zwei der vier Lager sind zwischen den beiden Walzenkörpern angeordnet. Wegen dieser Anordnung kann auf Stützwalzen verzichtet werden, ohne dass auf die Fähigkeit zur Absorption der Reaktionskräfte vom gerichteten Strang verzichtet werden muss.

Die folgende theoretische Überlegung soll nicht den Schutzbereich begrenzen. Bei der vorliegenden Anlage wurden experimentelle Studien an einem Verfahren zum Stranggiessen von flüssigem Stahl an einer Bogenanlage durchgeführt, um die Bedingungen zum Richten des Stranges, ohne Oberflächenquerrisse, innere Risse oder Kantenrisse zu verursachen, festzulegen. Dabei wurde festgestellt, dass die Summe der Ausbauchung und der Richtwerte kleiner ist als die kritische Spannung für eine Rissbildung.

Wenn ein Strang einem Richtvorgang oder einer anderen Verformung unterworfen wird, kann ein Riss in einem bestimmten Temperaturbereich (Sprödigkeitsbereich) auftreten, wo die kritische Spannung für das Auftreten von Rissen niedrig ist. Für Massenstahl erstreckt sich dieser Sprödigkeitsbereich von 700 bis 900 °C. Deshalb ist es wichtig, dass der Strang oberhalb von 900 °C gerichtet wird. Die im Strang auftretende Spannung ist auf die Summe der Aufbauchung und der Richtbelastung zurückzuführen. Wenn somit der Strang in einem Hochtemperaturbereich gerichtet wird, sinkt die Festigkeit der erstarrten Hülle, die den Strang begrenzt, während die Ausbauchimg infolge des statischen Druckes der Metallschmelze ansteigt. Infolgedessen kann die Zugspannung an der Fest-Flüssig-Trennfläche innere Risse oder andere innere Fehler im gewalzten Produkt verursachen.

Um diesen zwei einander widerstrebenden Forderungen zu entsprechen und die Ausbauchung zu reduzieren, wird im vorliegenden Falle eine Bogenanlage mit einem Gefälle von nur 3 bis 5 m verwendet, damit der statische Druck der Stahlschmelze sinkt. Ferner findet das Richten in einem Bereich statt, der 35% der Erstarrungslänge der Anlage nicht übersteigt, damit der Strang gerichtet wird, bevor die Erstarrung 55% übersteigt. Damit kann der Strang in einem Bereich gerichtet werden, in dem die kritische Spannung zur Rissbildung etwa zweimal grösser ist als bei herkömmlichen Ausführungen, was aus Fig. 1 hervorgeht.

Das Verhältnis der Ausbauchung zur Badspiegel- oder Anlagenhöhe ist in Fig. 3 gezeigt. Daraus geht hervor, dass, wenn die Anlagenhöhe, ausgedrückt durch die Badspiegelhöhe der Schmelze, 5 m oder kleiner ist, liegt die Ausbauchung im Bereich von 0,33 bis 50% dieses Wertes bei herkömmlichen Bogenanlagen mit einer Höhe von 10 bis 14 m. Ein weiterer Vorteil beim Richten des Stranges in einem Bereich mit einer Erstarrung von höchstens 55% besteht darin, dass die Ecktemperatur des Stranges über 900 °C liegt. Wenn somit das Richten des Stranges bei einer überwachten Erstarrung von höchstens 55% stattfindet, werden die beiden einander widerstrebenden Forderungen erfüllt. Dies bedeutet, dass die kritische Spannung für eine Missbildung und eine Aufrechterhaltung der Ecktemperaturen des schnell abkühlenden Stranges ausserhalb des Sprödigkeitsbereiches liegt (> 900 °C).

Ein weiterer Vorteil des Strangrichtens zur Bildung einer dünnen, erstarrten Randzone, bei einer Erstarrung von höchstens 55% ist in der hohen Strangtemperatur begründet. Eine auf den Strang ausgeübte Spannung entspannt 10-

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bis lOOmal schneller als bei herkömmlichen Ausführungen, was wiederum zur Reduktion der Rissbildung auf ein Mindestmass beiträgt.

Beim Richten einer konkaven Strangoberfläche wirkt eine Zugspannung in deren Längsrichtung, und beim Richten einer konvexen Strangoberfläche wirkt eine Druckspannung in der gleichen Richtung. Wenn sich eine neutrale Ebene in der Längsrichtung eines Stranges erstreckt und ihn bogenförmig in eine konkave und eine konvexe Seite aufteilt, wirkt eine Zugspannung auf die erstgenannte und eine Druckspannung auf die zweitgenannte Seite, wobei die Stärke jeder Spannung proportional zum Abstand von der neutralen Ebene in der Querrichtung des Stranges ist.

Die Zugspannung in der Längsrichtung des zu richtenden Stranges verursacht Oberflächenrisse und innere Risse. Wenn aber der Strang, unter Steuerung der Erstarrung auf höchstens 55%, gerichtet wird, sinkt die Einschnürungswirkung auf die erstarrten Randzonen, so dass die neutrale Ebene von der Mitte zur konkaven Seite hin verschoben wird. Infolgedessen sinkt die auf die konkave Seite wirkende Zugspannung, deren Stärke zum Abstand von der neutralen Ebene proportional ist, was wiederum zur Herabsetzung der Rissbildung auf ein Mindestmass beiträgt.

Vorangehend wurde erläutert, dass die für die Rissbildung kritische Spannung, durch Richten des Stranges in einem Bereich, wo die Erstarrung 55% nicht übersteigt, auf einen Pegel erhöht werden kann, der viel höher liegt als bei bisherigen Ausführungen. Die Ecken des Stranges und dessen Oberfläche haben eine Temperatur von 1000 °C oder mehr, was ausserhalb des Sprödigkeitsbereiches liegt. Ferner werden die dem Strang zugeführten Spannungen wegen der hohen Temperatur 10- bis lOOmal schneller entspannt als in herkömmlichen Anlagen, so dass ein gerader Strang hoher Güte entsteht.

Um ein heisses fehlerfreies Produkt zu erhalten, muss der Strang in einem Temperaturbereich oberhalb von 900 °C gerichtet werden. Deshalb wird eine Bogen-Stranggussanlage mit einem niedrigen Gefalle benötigt, die eine Höhe von 3 bis 5 m haben sollte. Der Richtabschnitt muss sich in einem Bereich von höchstens 35% der Erstarrungslänge der Anlage, oder in einem Bereich befinden, wo die Erstarrung des Stranges höchstens 55% beträgt. Um dieser zweiten Anforderung zu genügen, ist nicht nur eine Anlage mit niedrigem Gefalle, sondern auch eine Geschwindigkeit von 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, erforderlich.

Die Verwendung einer Anlage niedriger Bauart mit niedrigem Gefälle bedeutet Giessen mit grossem Bogen oder einem kleinen Bogenradius. Dies erfordert, dass der Strang an mehreren Punkten, vorzugsweise 5, gerichtet wird.

Bei schnellem Giessen wird der die Kokille verlassende Strang von Walzen getragen und geführt, während sich eine dünne erstarrte Randzone bildet. Da eine dünne Randzone stark zum Ausbauchen neigt, sind Mittel erforderlich, um dies zu verhindern. Ferner wird eine Anlage mit niedrigem Gefalle zur Herabsetzung des statischen Druckes der Metallschmelze verwendet. Aus diesem Grund werden bei der vorliegenden Ausführung Walzen mit niedrigem Durchmesser benutzt, die in geringeren Abständen von 200-400 mm voneinander entfernt sind als bei bisherigen Ausführungen (500-600 mm). Wenn Walzen mit kleinem Durchmesser in geringen Abständen, Winkeln oder Steigungen angeordnet sind, neigen sie zur Durchbiegung und sind nicht in der Lage, der Reaktionskraft vom nichtstationären Teil des Stranges zu widerstehen. Um dieses Problem zu vermeiden, ist mindestens eine Walze in zwei oder mehr Walzenkörper aufgeteilt, wobei der Abstand zwischen zwei tragenden Punkten der Walzachse reduziert wird. Das Verhältnis zwischen dem Walzabstand und der Ausbauchung ist in Fig. 4

dargestellt. Daraus geht hervor, dass durch Herabsetzung des Walzenabstandes um 10%, die Ausbauchung eines an einer Anlage mit niedrigem Gefälle ( < 5 m) bei hohen Temperaturen gegossenen Stranges, der Ausbauchung eines Stranges beim schnellen Kühlen in einer Anlage mit hohem Gefälle entspricht.

In Fig. 4 entsprechen die ausgezogenen, geraden Linien einem Walzenabstand von 350 mm, während die gestrichelten Linien einen Walzenabstand von 315 mm darstellen (10% Reduktion von 350 mm).

Bei der vorliegenden Anlage wird der Strang mittels einer Walzen- oder Rollenführung gesteuert, die aus Walzenkörpern und in einem Bereich aus Sätzen von Absenkwalzen besteht.

Die Anforderung, dass der Strang in einem Bereich bis zu 35% der Erstarrungslänge bis zu 55% erstarrt, kann wie folgt festgehalten werden (Fig. 8):

= Prozentuale Erstarrung an einer Richtstelle R 0 19 = oo, wobei

1 x die Stranglänge vom Badspiegel 27 bis zur Richtstelle R 19, und

10 die Stranglänge vom Badspiegel 27 bis zum Erstarrungspunkt 28 darstellt.

Da der Strang 3 (Fig. 8), vom Badspiegel 27 weg bis über den Erstarrungspunkt 28 hinaus, von Walzen geführt wird, entspricht die Stranglänge im Längenbereich bis 10 der Länge der aus Walzen bestehenden, gesamten Strangführung.

Bei einer Erstarrung von 55% ist iX-p-" = 0,55 und somit ^ = 0,3025.

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Wenn beispielsweise

-px 100 = 17,9% ist,

lo dann sind lx und 10 jeweils 9 und 50,4 m, was eine bevorzugte Ausführung darstellt.

Zur Herabsetzung der Oberflächenfehler und Konstanthaltung der Strangtemperatur, muss der Strang leicht und gleichmässig gekühlt werden. Die Kühlwirkung von gesprühtem Wasser wird mit dem Sprühen einer Mischung aus Luft und Wasser in der Längsrichtung des Stranges (Fig. 6b) verglichen. Sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung ist eine Kühlung mit einer Mischung aus Gas und einer Flüssigkeit zur Erhaltung einer gleichmässigen Temperaturverteilung auf der Strangoberfläche geeignet. Bei der vorliegenden Ausführung wird eine Mischung aus Gas und einer Flüssigkeit mindestens in einem Kühlbereich verwendet.

In Fig. 7 ist das Verhältnis der Giessgeschwindigkeit beim Ziehen eines 250 mm dicken Stranges zur Durchschnittstemperatur im Strangquerschnitt dargestellt. Dabei wird der Strang mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min, vorzugsweise 1,50 m/min, gezogen und dem Warmwalzwerk direkt zugeführt, wobei eine Durchschnittstemperatur von 1100 °C aufrechterhalten wird.

Die Fig. 8 zeigt eine Stranggussanlage niederer Bauart mit einem Gefalle von 3,20 m und einer bogenförmigen Kokille 1 sowie einer Strangführung 2, die acht Paare von angetriebenen oder frei rotierenden Walzen umfasst, die in kleinen Abständen voneinander angeordnet sind und zum Tragen und Führen eines bogenförmigen Stranges 3 dienen. Der Strang 3 wird von der Kokille 1 abgezogen, deren Bogenradius 3 m beträgt. Nach der Strangführung 2 folgen siebzehn weitere Sektionen oder Abschnitte, von denen der erste Richtabschnitt 4 neun Walzen aufweist. Die erste der neun Walzen fängt an, den Strang mit einem Radius Rx zu richten, und zwar teilweise bei einem Erstarrungsverhältnis von s

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55% oder weniger. Beim Richten im Abschnitt 4 steigt der Bogenradius von R2 bis R10. Anschliessend wird der Strang durch einen zweiten Richtabschnitt 5 geleitet und an mehreren Stellen mit steigenden Bogenradien von Ru bis R19 gerichtet. Am Ende der Richtstrecke ist der Strang vollständig gerichtet und hat einen unendlichen Bogenradius R 19.

Anschliessend wird der Strang in eine horizontale Walzzone mit den Walzeinheiten 6 bis 20 geleitet, wobei die Walzeinheiten 9 bis 12 und 17 und 18 in Fig. 8 weggelassen wurden. Der aus dieser Walzzone austretende Strang 3 wird in einer Schneidestation in bestimmte Längen zugeschnitten, die einem Auslaufrollgang 25 zugeführt werden. Die von der Pfanne 26 durch die Kokille 1 fliessende Metallschmelze wird auf dem Weg durch Kühlzonen vom Badspiegel 27 weg allmählich abgekühlt und ist an einem Punkt 28 vollständig erstarrt.

In Fig. 8 ist 1 j der Abstand vom Badspiegel 27 bis zur letzten Richtstelle R 19 und 10 der Abstand vom Badspiegel 27 bis zum Erstarrungspunkt 28.

Die vorliegende Ausführung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele, die aber keine Einschränkung des Schutzbereiches bedeuten, näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Strang aus einem beruhigten Al-Si-Stahl, mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, von 250 mm Dicke und 1000 mm Breite, wurde in einer 3,20 m hohen Bogenanlage gegossen, in der die bogenförmige Kokille einen Radius von 3 m aufwies. Die Parameter waren wie folgt:

1. Anzahl Richtstellen: 18

2. Walzenabstand: 196-302 mm

3. Walzendurchmesser: 140-230 mm

4. Walzenart: in ihrer Längsrichtung geteilte Walzen

5. Kühlsystem: der Strang wurde in einer

Zone der ersten 7 m unter der Kokille mit einer Mischung aus Gas und Flüssigkeiten besprüht.

6. max. Giessgeschwindigkeit: V = 2 m/min.

Der Abstand 1 ! zwischen dem Badspiegel und der letzten Richtstelle betrug 9 m und die Erstarrungslänge I0 50,4 m. Das Verhältnis 11 zu 10 betrug 17,9%. Bei einer durchschnittlichen Giessgeschwindigkeit von 1,70 m/min wurde ein Strang hoher Güte mit einer Durchschnittstemperatur von 1200 °C am Ende der Anlage hergestellt. Der Strang wurde ohne Vorwärmung einem Warmwalzwerk zugeführt und zu 2,3 mm dicken Bändern gewalzt, die das Walzwerk mit einer Temperatur von 890 °C verliessen.

Beispiel 2

Ein 250 mm dicker und 1000 mm breiter Strang wurde mit einer 3,20 m hohen Bogenanlage mit einem Bogenradius von 3 m gegossen. Die anderen Parameter der Bogenanlage waren wie folgt:

1. Giessgeschwindigkeit:

2. Sprühwasserzufuhr:

5 3. Dicke der erstarrten Randzone (an Richtstellen):

4. Richtwalzen-Durchmesser:

5. Walzenabstand:

6. Anzahl Richtstellen:

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Eine Fehlerüberprüfung ergab: Oberflächenfehler:

innere Risse:

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V = 1,70 m/min 0,81/kg d < 60 mm 300-320 mm 200-400 mm 18

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Eine typische Bogenanlage hat in der Kokille einen Fuss-15 walzenbereich und Sätze von Absenkwalzen im Richtbereich. Durch Aufteilung der Walzen in der Längsrichtung, wie beschrieben, wird der Walzenaustausch erleichtert, wo-bei die Anlage zum Giessen von verschiedenen Stranggrös-sen verwendet werden kann.

20 Der Abstand 1 x zwischen dem Badspiegel und der letzten Richtstelle betrug 9 m und die Gesamtlänge der Anlage 10 50,4 m. Das Verhältnis 11 zu 10 war 17,9%.

Vergleichsbeispiel 1 Das im Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde unter den folgenden Bedingungen wiederholt:

1. Giessgeschwindigkeit:

2. Sprühwasserzufuhr:

3. Dicke der erstarrten Randzone (an Richtstellen):

Eine Fehlerüberprüfung ergab: Oberflächenfehler:

innere Risse:

V - 0,7-0,5 m/min 1,81/kg d = 70-90 mm

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Die beschriebene Bogen-Stranggussanlage hat folgende Vorteile:

1. Das niedere Gewicht und die Möglichkeit zum Einbau in ein niedriges Gebäude ergeben Einsparungen an Investi-

40 tionen von 20-30%.

2. Da die Anlage für hohe Giessgeschwindigkeiten von 1,70-2,00 m/min geeignet ist, kann die Strangherstellung wirtschaftlicher gestaltet werden als bisher.

3. Die Anlage ist für hohe Endtemperaturen der Stränge 45 geeignet, so dass keine Wiedererwärmung vor der Zufuhr des Stranges zu einem Warmwalzwerk erforderlich ist, wodurch thermische Energie von etwa 100 000 bis 200 000 kcal/ t eingespart werden kann.

4. Die Anlage hat wegen des niedrigeren Gewichtes einen 50 kurzen Bogenbereich, so dass alle Walzen gleichzeitig ersetzt werden können, was den Unterhalt erleichtert und die Zuverlässigkeit erhöht.

5. Die Anlage erzeugt einen Strang hoher Güte für die Zufuhr zu einem Warmwalzwerk.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

639 013 PATENTANSPRÜCHE

1. Bogen-Stranggussanlage niederer Bauart mit einer gebogenen Kokille (1), einer Vorrichtung (2) zum Tragen und Führen eines gebogenen Stranges (3), Kühlbereichen, einer Vorrichtung (4, 5) zum Richten des gebogenen Stranges (3) und einem horizontalen Rollgang (6-8,13-20), dadurch gekennzeichnet, dass sich die Richtvorrichtung (4, 5) in einem Bereich befindet, der sich von 6 bis 35% der Länge (10) der gesamten Strangführung (2,4-20) vom Badspiegel (27) bis zum Erstarrungspunkt (28) erstreckt.

2. Stranggussanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Höhe 5,00 m nicht übersteigt.

3. Stranggussanlage nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtvorrichtung (4, 5) einen Mehrstellen-Richtmechanismus mit 5 oder mehr Stellen ein-schliesst.

4. Stranggussanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trag- und Führungsvorrichtung (2) und/oder die Richtvorrichtung (4, 5) dicht nebeneinander angeordnete Walzen einschliesst, von denen mindestens eine in der Längsrichtung in zwei oder mehr Walzenkörper aufgeteilt ist.

5. Stranggussanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kühlbereiche eine Vorrichtung zum Sprühen einer Mischung aus flüssigen und gasförmigen Stoffen aufweist.

6. Stranggussanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trag- und Führungsvorrichtung (2) und/oder die Richtvorrichtung (4,5) einen Mechanismus zum Ziehen des Stranges (3) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,10 m/min aufweist.