CH645046A5 - METHOD FOR CONTINUOUSLY POURING STEEL. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen Stahlstrang gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 5. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a steel strand according to the preamble of claim 5.
Eine wünschenswerte Eigenschaft von Stahl in seinem gegossenen Zustand ist bekanntlich eine möglichst gleichförmige Verteilung seiner Komponenten und Verunreinigungen, die normalerweise im Stahl zu finden sind, innerhalb des Stahlproduktes. Der Ausdruck «Komponente» wird hier in dem üblichen Sinne gebraucht, d.h. unter einer «Komponente» ist ein Bestandteil eines chemischen Systems oder einer Phase oder eine Kombination von Phasen zu verstehen, die ein chemisches System bilden, die in einer charakteristischen Konfiguration in einer Legierungsmikrostruktur auftreten, wohingegen unter «Verunreinigungen» Elemente oder Verbindungen zu verstehen sind, deren Gegenwart in einem Material oder Produkt unerwünscht ist. Unter den Begriff der Komponenten fallen somit hier die Stoffe oder Materialien, die zu einem chemischen System kombiniert sind, unter Erzeugung eines speziellen durch Vergiessen hergestellten Stahls. Unter den Begriff der Komponenten fallen jedoch nicht die Verunreinigungen oder unerwünschten Elemente oder Verbindungen, die in dem gegossenen Metall vorhanden sind. In jedem Falle macht eine Ségrégation oder Ausscheidung der Komponenten in gegossenem Stahl diesen für eine nachfolgende Weiterbearbeitung wie Schmieden oder Warmverformen oder Auswalzen zu einem Stab und Verziehen zu einem Dräht weniger geeignet. Der hier verwendete Ausdruck «Ségrégation» oder «Ausscheidung» wird hier ebenfalls in dem normalerweise üblichen Sinne verwendet, d.h. der Ausdruck «Ségrégation» oder «Ausscheidung» ist ein Ausdruck, der unter Bezugnahme auf die nichtgleichförmige Verteilung oder Konzentration von Komponenten (oder Verunreinigungen), die während der Verfestigung des Metalls herbeigeführt wird, benutzt wird. Eine Konzentration oder Akkumulation von Verunreinigungen in verschiedenen Positionen oder Lagen innerhalb des Metalls wird in der Literatur beispielsweise als Ausscheidung bezeichnet. Die Ausscheidung, die zwischen den Armen von Dendriten auftritt, wird als geringe Ausscheidung oder Mikroausschei-dung bezeichnet, weshalb die Zusammensetzung innerhalb eines einzelnen Kristalles veränderlich sein kann. Eine Ma-kroausscheidung tritt um primäre oder sekundäre Lunkeroder Schwindungshohlräume auf, wie beispielsweise Lunker und Poren sowie in ähnlichen Bezirken oder Bereichen und gibt sich oftmals in Form von hervortretenden Linien zu erkennen, die eine deutlich aufgerichtete oder hängende konische Form haben, welche klar zutage treten, wenn die Barren oder Blöcke unterteilt und geätzt werden. Ausscheidungszonen neigen dazu, in den mittleren Bereichen des durch Vergiessen erhaltenen Produktes aufzutreten und normalerweise innerhalb des Teiles, der hauptsächlich von gleichachsigen Kristallen eingenommen wird. Eine Mikroausscheidung lässt sich gelegentlich durch Anlassen oder Frischen überwinden, wohingegen eine Makroausscheidung die nachfolgenden Erhitzungs- und Bearbeitungsstufen überdauert. Sogenannte Lunker-Ausscheidungen treten rund um die soge2 It is known that a desirable property of steel in its cast state is that its components and impurities, which are normally found in the steel, are distributed as uniformly as possible within the steel product. The term "component" is used here in the usual sense, i.e. a “component” is to be understood as a component of a chemical system or a phase or a combination of phases that form a chemical system that occur in a characteristic configuration in an alloy microstructure, whereas “impurities” are elements or compounds, whose presence in a material or product is undesirable. The concept of components thus includes substances or materials that are combined to form a chemical system to produce a special steel made by casting. However, the term components does not include the impurities or undesirable elements or compounds that are present in the cast metal. In any case, segregation or separation of the components in cast steel makes them less suitable for subsequent further processing such as forging or hot forming or rolling out into a rod and warping into a wire. The term "segregation" or "excretion" used here is also used in the usual sense, i.e. the term "segregation" or "excretion" is a term used with reference to the non-uniform distribution or concentration of components (or contaminants) caused during the solidification of the metal. A concentration or accumulation of impurities in various positions or layers within the metal is referred to in the literature as excretion, for example. The excretion that occurs between the arms of dendrites is referred to as low excretion or micro-excretion, which is why the composition within a single crystal can vary. Macro-excretion occurs around primary or secondary blowholes or shrinkage cavities, such as blowholes and pores, as well as in similar districts or areas, and is often seen in the form of protruding lines that have a clearly erect or hanging conical shape that are clearly evident when the ingots or blocks are divided and etched. Elimination zones tend to occur in the central areas of the product obtained by casting and normally within the part that is mainly occupied by coaxial crystals. Micro-excretion can occasionally be overcome by tempering or freshening, whereas macro-excretion persists in the subsequent heating and processing stages. So-called blowout excretions occur around the so-called
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nannten Lunkerhohlräume auf. Bei der normalen Ausscheidung in Stahl akkumulieren sich die Komponenten oder Bestandteile (aufgelöste Stoffe) in dem Eisen (Lösungsmittel), die aus der erstarrenden Flüssigkeit ausgeschieden werden, an der fortschreitenden Feststoff-Flüssigkeitsberührungsflä-che, so dass die Komponenten oder Bestandteile des niedrigsten Schmelzpunktes sich in den letzten sich verfestigenden Anteilen konzentrieren, wohingegen dies bei einer umgekehrten oder inversen Ausscheidung umgekehrt ist, und die Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration an aufgelöstem Stoff wird zwischen den Dendriten eingefangen, wodurch eine Konzentrationsabnahme an aufgelösten Stoffen von der Barren- oder Blockoberfläche in Richtung Zentrum hervorgerufen wird. Eine inverse Ausscheidung besteht dann in einer Konzentrierung von Bestandteilen oder Verunreinigungen auf einen höheren Grad nahe den äusseren Oberflächen (im Vergleich zum Inneren) eines Barrens oder Blockes oder Gusskörpers. called blowhol cavities. During normal precipitation in steel, the components or constituents (solutes) in the iron (solvent) which are excreted from the solidifying liquid accumulate at the progressive solid-liquid contact surface, so that the components or constituents of the lowest melting point accumulate Concentrate in the final solidifying portions, whereas reversed or inverse excretion reverses, and the liquid with a high concentration of solute is trapped between the dendrites, causing a decrease in solute concentration from the bar or block surface towards the center is caused. An inverse excretion then consists in the concentration of constituents or impurities to a higher degree near the outer surfaces (compared to the inside) of an ingot or block or cast body.
Es sind Verfahren zum Giessen von Stahl bekannt, bei denen Stahlprodukte mit einem vergleichsweise hohen Ausscheidungsgrad von Verunreinigungen und Legierungsbestandteilen innerhalb des gegossenen Stahles erhalten werden. Aufgrund der hohen Konzentration an Komponenten und Verunreinigungen im Stahl tritt normalerweise eine inverse oder umgekehrte Ausscheidung auf. Eine solche ungleichförmige Verteilung von Verunreinigungen und/oder Komponenten innerhalb des Gussstahles macht es wünschenswert, dass die Gesamtmenge derselben innerhalb des Stahles vermindert wird, so dass eine nachfolgende Verarbeitung des Gussstahles nicht zu unakzeptierbaren inneren Charakteristika und Oberflächencharakteristika in dem aus dem Gussstahl herzustellenden Produkt führt. Eine Verminderung der Gesamtmenge an Verunreinigungen erfordert jedoch in der Regel eine kostspielige zusätzliche Raffinierung oder Veredelung des Stahles vor dem Giessen und ist manchmal vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen nicht durchführbar oder unpraktisch, während gelegentlich die Zugabe von speziellen Komponenten oder Bestandteilen (einschliesslich Legierungselementen) wünschenswert oder notwendig ist. Methods for casting steel are known in which steel products with a comparatively high degree of separation of impurities and alloy components are obtained within the cast steel. Due to the high concentration of components and impurities in the steel, an inverse or reverse excretion normally occurs. Such a non-uniform distribution of impurities and / or components within the cast steel makes it desirable that the total amount thereof within the steel be reduced, so that subsequent processing of the cast steel does not lead to unacceptable internal characteristics and surface characteristics in the product to be produced from the cast steel. However, reducing the total amount of impurities usually requires expensive additional refining or refining of the steel before casting and is sometimes not feasible or impractical from a commercial point of view, while occasionally adding or adding special components or components (including alloying elements) is desirable or desirable necessary is.
Unter den Verunreinigungen und Legierungselementen innerhalb des Stahls, die im Falle von Produkten des Standes der Technik dazu neigen, sich auszuscheiden, sind Schwefel, Sauerstoff, Phosphor, Mangan, Silicium und Kohlenstoff zu nennen. Eine jede ins Gewicht fallende Ausscheidung dieser Elemente macht die Produkte vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen weniger geeignet. Beispielsweise kann eine ins Gewicht fallende Ausscheidung eine ungleichförmige Zug- oder Bruchfestigkeit innerhalb des Stahles herbeiführen, so dass dieser zu einer Weiterverarbeitung zu Draht weniger geeignet wird. Eine Ausscheidung von gasförmigen Verunreinigungen kann zu porösen Bezirken nahe der Oberfläche des gegossenen Produktes führen, welche unter anderen Nachteilen eine unzureichende Oberflächenqualität von Blechen herbeiführt. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf B. C. Whitmore und J. W. Hlinka «Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process», Open Hearth Proceedings, 1969. Among the contaminants and alloying elements within steel that tend to separate out in the case of prior art products are sulfur, oxygen, phosphorus, manganese, silicon and carbon. Any significant elimination of these elements makes the products less suitable from a commercial point of view. For example, a significant elimination can result in a non-uniform tensile or breaking strength within the steel, so that it is less suitable for further processing into wire. Elimination of gaseous contaminants can lead to porous areas near the surface of the cast product, which, among other disadvantages, leads to an inadequate surface quality of sheets. In this context, reference is made to B. C. Whitmore and J. W. Hlinka "Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process", Open Hearth Proceedings, 1969.
Eine starke Mikroausscheidung von Mangan führt zu Problemen in vielen Endprodukten, die aus durch kontinuierliches Giessen erhaltenen Barren hergestellt wurden, und zwar aufgrund des grossen Einflusses auf die Austenit zu Pearlit/Bainit-Martensit-Umwandlungen. Beispielsweise weisen durch kontinuierliches Giessen erhaltene Barren, die zu Drahtstäben ausgewalzt wurden, oftmals hohe Konzentrationen an Mangan im Kern auf, was die lokale Bildung von Martensit während des Giessens begünstigt, was zu häufigen Brüchen während des nachfolgenden Drahtziehprozesses führt. A high level of microprecipitation of manganese leads to problems in many end products which have been produced from ingots obtained by continuous casting, due to the large influence on the austenite to pearlite / bainite-martensite conversions. For example, ingots obtained by continuous casting, which have been rolled into wire rods, often have high concentrations of manganese in the core, which favors the local formation of martensite during the casting, which leads to frequent breaks during the subsequent wire drawing process.
Dieses Problem ist seit langem bekannt, doch liessen sich nur wenige Veröffentlichungen auffinden, welche in der Praxis erhaltene Produktionsdaten mitteilen. Eine diesbezügliche Studie von Hans Van Vuuren von der Firma African Iron and Steel Industriai Corporation, Ltd. (eine Kopie ist auf den Seiten 306 bis 334 der Literaturstelle «Steelmaking Proceedings», Band 61, Chicago Meeting, April 16-20,1978, enthalten), beschreibt einen Versuch, die Mikroausscheidung zu steuern und die Effekte des Verfahrens im Falle eines stabförmigen Endproduktes. This problem has been known for a long time, but only a few publications have been found that communicate the production data obtained in practice. A study by Hans Van Vuuren from African Iron and Steel Industriai Corporation, Ltd. (A copy is included on pages 306-334 of the Steelmaking Proceedings, volume 61, Chicago Meeting, April 16-20, 1978), describes an attempt to control microprecipitation and the effects of the method in the case of a rod-shaped one End product.
Van Vuuren folgerte, dass das Auftreten von zentralem Martensit normalerweise in einigen Stahldrahtstäben vermieden werden kann durch Begrenzung der Gesamtkonzentration an Mangan auf maximal 0,75%, Phosphor auf maximal 0,020% und Überwachung der Abkühlung während der Kühlstufe im Anschluss an den Auswalzprozess. Es werden keine Mikroausscheidungswerte der durch kontinuierliches Giessen hergestellten Blöcke mitgeteilt (es wird angenommen, dass die ISCOR mit kontinuierlichem Giessen eines 205 mm x 315 mm grossen Blockes auf einer einer Concast Bloom-Maschine beginnt), doch wurde das Stabendprodukt analysiert, und es zeigte sich, dass die Mangan-Mikroàus-scheidungswerte zwischen 101,5 bis 139,0% der Basisanalyse liegen. Aufgrund der ausgeprägten thermischen Diffusion zwischen dem Zeitpunkt des Giessens und dem Zeitpunkt des Auswalzens wird angenommen, dass die Mikroausscheidungswerte des Mangans in dem gegossenen Block beträchtlich grösser gewesen sind als in dem stabförmigen Endprodukt. Van Vuuren concluded that the occurrence of central martensite can usually be avoided in some steel wire rods by limiting the total concentration of manganese to a maximum of 0.75%, phosphorus to a maximum of 0.020% and monitoring the cooling during the cooling stage after the rolling process. No microprecipitation values of the continuous casting blocks are reported (ISCOR is believed to start continuously casting a 205mm x 315mm block on a Concast Bloom machine), but the rod end product was analyzed and revealed that the manganese micro-excretion values lie between 101.5 and 139.0% of the basic analysis. Due to the pronounced thermal diffusion between the time of casting and the time of rolling out, it is assumed that the microprecipitation values of the manganese in the cast ingot were considerably larger than in the rod-shaped end product.
Bis heute gehören zu den bekannten Verfahren des Standes der Technik, die sich mit der Lösung von Problemen aufgrund einer Ausscheidung (z. B. Drahtbruch) befassen, die Ausbesserung (z.B. Homogenisierung) der Zwischenprodukte (z. B. Stäbe oder Stangen) anstelle der Vermeidung des Auftretens einer Ausscheidung während des Giessprozesses. Eine Ursache hierfür beruht ganz offensichtlich darauf, dass es beträchtlich schwieriger ist, den in der Praxis durchgeführten kontinuierlichen Giessprozess zu steuern. To date, the known methods of the prior art, which deal with solving problems due to an excretion (e.g. wire break), include the repair (e.g. homogenization) of the intermediate products (e.g. rods or bars) instead of Avoidance of excretion during the casting process. One reason for this is obviously due to the fact that it is considerably more difficult to control the continuous casting process carried out in practice.
Bei den bekannten Barren- oder Block-Giessverfahren tritt eine Ausscheidung auf, wenn sich der geschmolzene Stahl langsam verfestigt, wobei die Verunreinigungen durch Schwerkraft-Trennung in den oberen Teil der Barren oder Blöcke gelangen. Im Falle von Verfahren, die zu Produkten höherer Qualität führen, wird gelegentlich eine auftretende konzentrierte Schicht von Verunreinigungen und/oder Erstarrungslunkern im oberen Teil eines Barrens oder Blockes auf physikalischem Wege entfernt, abgehäutet oder abgeschrägt, bevor der gegossene Stab weiterverarbeitet wird. Verwiesen wird beispielsweise auf die Arbeit «Recent Developments in Machine Scarfing of Continuous Cast and Roiled Steel», veröffentlicht in der Zeitschrift «Iron and Steel Engineer», Januar 1978, Seiten 68-71 und die US-PS 4 155 399, Spalte 1, Zeilen 61 bis 68. In the known ingot or ingot casting processes, precipitation occurs when the molten steel slowly solidifies, the contaminants entering the upper part of the ingot or ingot by gravity separation. In the case of processes leading to higher quality products, an occasional concentrated layer of impurities and / or solidification voids in the upper part of an ingot or block is physically removed, skinned or chamfered before the cast rod is further processed. Reference is made, for example, to the work “Recent Developments in Machine Scarfing of Continuous Cast and Roiled Steel”, published in the magazine “Iron and Steel Engineer”, January 1978, pages 68-71 and US Pat. No. 4,155,399, column 1, Lines 61 through 68.
Es sind des weiteren Verfahren zum kontinuierlichen Giessen von Stahl bekannt, die entwickelt wurden, um die Bearbeitung einer grossen Anzahl von Barren oder Blöcken und die Notwendigkeit der Entfernung der Oberschicht zu vermeiden. Im Falle der von der Anmelderin als am wesentlichsten und vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen üblichsten Methode des kontinuierlichen Giessens von Stahl wird das aufgeschmolzene Metall in eine vertikal angeordnete Form mit einem offenen Ende gegossen, die aus einem hoch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, besteht, in der zum Kühlen Wasser zirkuliert wird. Wenn sich die Aus-senfläche des Metalls unter Erzeugung einer Haut oder Hülle von verfestigtem oder erstarrtem Stahl benachbart zur Methods for continuously casting steel are also known which have been developed to avoid the machining of a large number of ingots or blocks and the need to remove the top layer. In the case of what is considered to be the most essential and most common commercial method of continuously casting steel from the applicant, the molten metal is poured into a vertically arranged mold with an open end made of a highly conductive material such as copper which is circulated for cooling water. If the outer surface of the metal adjoins to create a skin or shell of solidified or solidified steel
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Formwand verfestigt, wird der Strand oder Strang des Stahles langsam vom Boden der Form abgezogen, während aufgeschmolzenes Metall kontinuierlich in den oberen Teil der Form eingegossen wird. Dieser Verfahrenstyp wird gelegentlich auch als Junghans-Typ oder Junghans-Rossi-Typ des kontinuierlichen Giesssystems bezeichnet und wurde in der Praxis erfolgreich, beispielsweise von den Firmen Concast AG, Zürich, Schweiz, und Koppers Co., Inc., USA, durchgeführt. (Verwiesen wird beispielsweise auf die US-PS 2 135 183.) Selbst hier jedoch kann es im Falle bestimmter Anwendungszwecke erforderlich sein, eine Oberfläche abzuziehen. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS 4 155 399. Solidified mold wall, the strand or strand of steel is slowly pulled off the bottom of the mold, while molten metal is continuously poured into the upper part of the mold. This type of process is sometimes referred to as the Junghans or Junghans-Rossi type of the continuous casting system and has been successfully carried out in practice, for example by Concast AG, Zurich, Switzerland, and Koppers Co., Inc., USA. (Reference is made, for example, to US Pat. No. 2,135,183.) Even here, however, it may be necessary to peel off a surface for certain applications. In this connection, reference is made to US Pat. No. 4,155,399.
Im Falle eines Verfahrens vom Junghans-Typ kann die Form vertikal längs eines vergleichsweise kurzen Weges hin und her schwingen oder pendeln, so dass die Form sich mit dem Strand oder Strang während jeder nach abwärts gerichteten Schwingung bewegt, unter Erhöhung der Wärmeübertragung während den Zeitspannen, bei denen keine relative Bewegung zwischen dem Strand oder dem Strang und der Form erfolgt. Derartige Hinundherschwingungen oder Oszillationen erhöhen die mögliche Giessgeschwindigkeit, rufen jedoch oftmals unerwünschte Schwingungs- oder Oszillationsstellen oder -ringe hervor, die sich rund um den Gusskörper auf dessen Oberfläche erstrecken. In the case of a Junghans-type process, the mold can oscillate or oscillate vertically along a comparatively short path, so that the mold moves with the beach or strand during each downward vibration, increasing the heat transfer during the periods, where there is no relative movement between the beach or strand and the shape. Such oscillations or oscillations increase the possible casting speed, but often cause undesirable oscillation or oscillation points or rings which extend around the cast body on its surface.
Wenn die Stränge die Form verlassen, werden normalerweise Wasserstrahlen auf die Oberfläche der halb erstarrten Stränge gerichtet, um die Erstarrung derselben zu vervollständigen. Um die senkrechte Höhe des Gebäudes zu vermindern, das die Giessmaschine vom Junghans-Typ beherbergt, ist es bekannt, Führungswalzen zu verwenden, um den Strang um einen Winkel von ungefähr 90° über einen Radius von beisielsweise 12,20 m umzulenken und den Strang dann noch weiter umzulenken, so dass er eine horizontale Lage zum Schneiden oder für die nachfolgende Bearbeitung einnimmt. Um ein zweimaliges Umlenken des Stranges in dieser Weise zu vermeiden und um einen Giesser in einem kleineren Gebäude installieren zu können, sind gekrümmte Formen entwickelt worden, in welchem Falle die Stränge aus den Formen in Übereinstimmung mit der erwünschten kurvenförmigen Bahn austreten und worauf die Stränge dann in einer Umlenk- oder Biegestufe zu einer horizontalen Orientierung zur zerspanenden Fertigung ausgerichtet werden. When the strands leave the mold, water jets are usually directed onto the surface of the semi-solidified strands to complete their solidification. In order to reduce the vertical height of the building that houses the Junghans type casting machine, it is known to use guide rollers to deflect the strand through an angle of approximately 90 ° over a radius of, for example, 12.20 m and then the strand redirect even further so that it occupies a horizontal position for cutting or for subsequent processing. In order to avoid twisting the strand twice in this way and to be able to install a caster in a smaller building, curved shapes have been developed, in which case the strands emerge from the shapes in accordance with the desired curved path and then the strands can be aligned in a deflection or bending stage for a horizontal orientation for machining production.
Eine bemerkenswerte Darstellung des traditionellen kontinuierlichen Stahl-Giessprozesses findet sich in der Dezemberausgabe aus dem Jahre 1963 der Zeitschrift «Scientific American Magazine» unter dem Titel «The Continuous Casting of Steel» von L. V. Gallagher und B. S. Old, Band 209, Nr. 6, Seiten 74-88. A remarkable representation of the traditional continuous steel casting process can be found in the December 1963 issue of Scientific American Magazine under the title "The Continuous Casting of Steel" by LV Gallagher and BS Old, Volume 209, No. 6, pages 74-88.
Somit ergibt sich, dass bei einem nach dem Stande der Technik durchgeführten Giessprozess unter Verwendung einer vertikalen Form, wozu normalerweise ein fünf- oder hö-herstöckiges Gebäude erforderlich ist, keine rasche Veränderung der Orientierung des sich verfestigenden Stahles erfolgt und dass bei diesem Verfahren das aufgeschmolzene Metall im Zentrum des Stranges zeitweilig in einer horizontalen Lage verbleiben kann, wie es sich aus der US-PS 3 542 115 beispielsweise ergibt. Verunreinigungen haben somit die Möglichkeit, während der fortschreitenden Verfestigung nach oben zu flotieren, und im allgemeinen tritt eine Ausscheidung auf, welche gelegentlich in einem (langen) Querprofil eines gegossenen Stabes des Standes der Technik einer Grösse von 10,16 x 10,16 cm in Form einer Ausscheidungslinie zu beobachten ist, die etwa 2,54 cm vom inneren Radius des Stranges aus auftritt. It follows that in a prior art casting process using a vertical mold, which normally requires a five or more storey building, there is no rapid change in the orientation of the hardening steel and that in this process the melted Metal can temporarily remain in a horizontal position in the center of the strand, as is evident, for example, from US Pat. No. 3,542,115. Contaminants thus have the possibility to float upwards as the solidification progresses, and in general excretion occurs, which occasionally occurs in a (long) transverse profile of a cast rod of the prior art with a size of 10.16 x 10.16 cm in Form of a line of excretion can be observed, which occurs approximately 2.54 cm from the inner radius of the strand.
Im Forschungsmassstab wurde Stahl auch bereits kontinuierlich in relativ horizontale Formen gegossen, und zwar unter Verwendung einer Doppelband-Giessmaschine, die im On a research scale, steel has also been continuously cast into relatively horizontal shapes, using a double-belt casting machine that
Prinzip ähnlich arbeitete wie die frühere Hazelett Strip-Casting Corp.-Maschine des aus der US-PS 2 640 235 bekannten Typs (erwähnt in der Whitmore und Hlinka-Publi-kation). Diese beiden Autoren gaben an, dass aufgrund des Einflusses der Schwerkraft und der ungefähr 20° von der horizontalen Lage des Stahlstranges während der Verfestigung im Falle dieser Forschungsversuche, dass die Verunreinigungen innerhalb des Stahles dazu neigten, aufzusteigen, um eine weitgehende Zone von segregiertem Material nahe der Oberfläche des gegossenen Materials zu bilden. Diese beiden Autoren gaben an, dass gekuppelt mit der Oberfläche ein Qxidangriffszustand eine interne Oxidausscheidung war, die bei Makroätztesten von Querprofilen festgestellt wurde. Obgleich die Oxidausscheidung dem Grade nach veränderlich ist, war das Profil im Falle aller Platten oder Rohbrammen, die gegossen wurden, ähnlich, und die Autoren erkannten, dass aus diesen Daten offensichtlich ist, dass die Oxidausscheidung stark genug war, um eine schlechte Blech-Oberflächenqualität zu bewirken. Es wurde eine Anzahl von möglichen Lösungen des Problems untersucht, z.B. eine Konzentrierung bei der Eliminierung von Form-Beckenschlacke, die Verwendung von stationären, mit Wasser gekühlten Kupferranddämmen, die Verwendung von eingetauchten Zufuhrleitungen und dergleichen. Die Autoren stellten jedoch fest, dass sämtliche dieser Versuche zur Lösung des Problems fruchtlos blieben. Es wurde vorgebracht, dass grössere Konzentrationen an ausscheidenden Oxiden in den sich verfestigenden Platten oder Rohbrammen zu einem Zeitpunkt eingefangen wurden, zu dem die obere Haut etwa 1,25 bis 1,90 cm dick war. Die Autoren erkannten, dass ein Vergiessen bei einem Winkel von 20° zu einem vom metallurgischen Standpunkt aus gesehen unakzeptierbaren Produkt für die Herstellung von Blechen führt, hergestellt entweder aus Al-beru-higtem oder in Vakuum behandeltem Stahl, da kein Weg ermittelt werden konnte, um diese Oxide zu entfernen und weil die Einschlüsse in Richtung zum oberen Teil des gegossenen Blockes segregierten. Die Autoren schlugen vor, zu der Verfahrensweise des Standes der Technik zurückzukehren, bei der die Form (Junghans-Typ) in vertikaler Position angeordnet ist, als eine Möglichkeit, um das Ausscheidungsproblem zu überwinden. In principle worked in a similar way to the earlier Hazelett Strip-Casting Corp. machine of the type known from US Pat. No. 2,640,235 (mentioned in the Whitmore and Hlinka publication). These two authors stated that due to the influence of gravity and the approximately 20 ° from the horizontal position of the steel strand during hardening in the case of these research attempts, the impurities within the steel tended to rise to near a wide zone of segregated material to form the surface of the cast material. These two authors stated that when coupled to the surface, an oxide attack state was an internal oxide precipitation that was found in cross-profile macro-etch tests. Although the level of oxide precipitation is variable, the profile was similar in the case of any plate or slab that was cast, and the authors recognized that from this data it is evident that the oxide precipitation was strong enough to cause poor sheet surface quality to effect. A number of possible solutions to the problem have been examined, e.g. concentration in the elimination of molded pool slag, the use of stationary, water-cooled copper edge dams, the use of submerged supply lines and the like. However, the authors found that all of these attempts to solve the problem remained fruitless. It has been suggested that larger concentrations of precipitating oxides were trapped in the solidifying plates or raw slabs at a time when the top skin was about 1.25 to 1.90 cm thick. The authors recognized that casting at an angle of 20 ° leads to a product that is unacceptable from a metallurgical point of view for the production of sheet metal, made of either aluminum-based or vacuum-treated steel, since no way could be determined, to remove these oxides and because the inclusions segregated towards the top of the cast block. The authors suggested reverting to the prior art practice in which the form (Junghans type) is arranged in a vertical position as a way to overcome the excretion problem.
Es wird angenommen, dass die aussermittige Verteilung der Bestandteile oder Komponenten und Verunreinigungen ebenfalls unvorhersehbare Veränderungen in nachfolgenden Versuchen bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise dem Heisswalzen, des Materials führt. It is believed that the off-center distribution of the constituents or components and contaminants also leads to unpredictable changes in subsequent tests during further processing, for example hot rolling, of the material.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines gegossenen Stahlstranges zu ermöglichen, die im Vergleich zu einem Stab oder einer Stange des Standes der Technik durch einen neuen Mangel an Ausscheidung von Mangan, Sauerstoff, Schwefel und Kohlenstoff gekennzeichnet ist. Das er-findungsgemässe Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. Ein nach diesem Verfahren gegossener Stahlstrang kann Stahl aufweisen, der, untersucht man ein (langes) Querschnittsprofil auf eine Makroausscheidung, eine maximale Abweichung im Sauerstoffgehalt von weniger als 20 ppm (0,0020%) und eine Sauerstoffausscheidungs-Stan-dardabweichung von weniger als 8 ppm (0,008%) im Falle von Proben mit etwa 0,01 % Sauerstoff zeigt, ferner eine maximale Abweichung im Schwefelgehalt von weniger als etwa 0,004% (40 ppm) und eine Schwefelausscheidungs-Stan-dardabweichung von weniger als 0,001% (10 ppm) im Falle einer Probe mit etwa 0,02% Schwefel sowie eine maximale Abweichung im Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 % (100 ppm) und eine Kohlenstoffausscheidungs-Standardab-weichung von weniger als 0,004% (40 ppm) im Falle einer Probe mit etwa 0,185% Kohlenstoff und eine verbesserte It is an object of the invention to enable the production of a cast steel strand, which is characterized by a new lack of excretion of manganese, oxygen, sulfur and carbon compared to a rod or a rod of the prior art. The inventive method is characterized by the features stated in the characterizing part of claim 1. A steel strand cast according to this method can have steel which, if one examines a (long) cross-sectional profile for a macro-excretion, a maximum deviation in the oxygen content of less than 20 ppm (0.0020%) and an oxygen excretion standard deviation of less than 8 ppm (0.008%) in the case of samples with about 0.01% oxygen, further shows a maximum difference in sulfur content of less than about 0.004% (40 ppm) and a standard sulfur excretion deviation of less than 0.001% (10 ppm) in the case of a sample with about 0.02% sulfur and a maximum deviation in the carbon content of less than 0.01% (100 ppm) and a carbon excretion standard deviation of less than 0.004% (40 ppm) in the case of a sample with about 0.185% carbon and an improved
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Zugfestigkeit und Dehnung im Falle des gegossenen Produktes. Der Ausdruck Standardabweichung ist gleichbedeutend wie der Ausdruck mittlere quadratische Abweichung. Tensile strength and elongation in the case of the cast product. The term standard deviation is equivalent to the term mean square deviation.
Entsprechend gute Ergebnisse sind im Falle von Si, P, Cr und anderen Legierungselementen, die normalerweise bei der Stahlherstellung verwendet werden, zu erwarten. Eine Mikrosegregationsanalyse wurde für C, Mn, S, Cr sowie Si durch eine Elektronenmikroprobe durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse ergaben eine viel geringere Mikroausschei-dung von Mangan im Vergleich zu Proben, die nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren erhalten wurden. So wurden beispielsweise Chargen von aufgeschmolzenem Stahl mit etwa 0,46% Kohlenstoff und etwa 0,98% Mangan sowohl nach dem hier beschriebenen Verfahren als auch nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik vergossen. Proben der gegossenen Stränge wurden in senkrechter Richtung zerteilt, und es wurden kleine Proben von gleichen Stellen entnommen, etwa in der Hälfte der Entfernung von der Kante in Richtung zum Zentrum. Infolgedessen wurden weder die besten noch die schlechtesten Bezirke für den Vergleich ausgewählt. Die kleinen Proben wurden dann für eine elektronenmikroskopische Untersuchung verwendet und zum Zwecke der Bestimmung der Konzentration an Mangan längs einer willkürlichen Linie von etwa 1800 Mikron analysiert. Correspondingly good results can be expected in the case of Si, P, Cr and other alloying elements which are normally used in steel production. A microsegregation analysis was carried out for C, Mn, S, Cr and Si by an electron microsample. The results obtained showed a much lower microprecipitation of manganese compared to samples obtained by the known continuous method. For example, batches of molten steel containing approximately 0.46% carbon and approximately 0.98% manganese were cast using both the process described here and the known continuous process of the prior art. Samples of the cast strands were cut in the vertical direction and small samples were taken from the same locations, approximately half the distance from the edge towards the center. As a result, neither the best nor the worst districts were selected for the comparison. The small samples were then used for electron microscopic examination and analyzed for the purpose of determining the concentration of manganese along an arbitrary line of approximately 1800 microns.
Dieses Verfahren ist allgemein bekannt, und es wird angenommen, dass es die leichteste Methode zur Bestimmung einer Mikroausscheidung in Metallen darstellt. Das bekannte Verfahren beruht im wesentlichen auf der Bombardierung eines Prüflings mit einem Strahl von hochenergiereichen Elektronen von geringem Durchmesser, der bewirkt, dass die Probe zur Aussendung charakteristischer X-Strahlen führt, entsprechend der Konzentration der vorhandenen Elemente. Die X-Strahlen werden dann durch Beugung mit einem Kristall (zur Auswahl eines Elementes) zu einem Zeitpunkt analysiert, wobei ihre Intensität mittels eines geeigneten Detektors ermittelt wird. Die Konzentrationen eines speziellen Elementes können durch Vergleich der relativen Intensitäten der X-Strahlen, die durch ein in dem Prüfling vorhandenes Element erzeugt werden, mit einem bekannten Standard ermittelt werden. Um eine maximale Genauigkeit zu erzielen, etwa Vi eines Prozentes, kann das Verhältnis unter Berücksichtigung der Absorption und Fluoreszenz der emittierten X-Strahlen korrigiert werden. Alternativ kann davon ausgegangen werden, dass der durchschnittliche Intensitätsgrad die Basiskonzentration darstellt, die durch eine normale chemische Analyse erhalten wird und dass die Abweichungen der Intensität direkt Abweichungen von der Basiskonzentration darstellen. This method is well known and is believed to be the easiest method of determining microprecipitation in metals. The known method is essentially based on the bombardment of a test specimen with a beam of high-energy electrons of small diameter, which causes the sample to emit characteristic X-rays, corresponding to the concentration of the elements present. The X-rays are then analyzed by diffraction with a crystal (to select an element) at a time, their intensity being determined by means of a suitable detector. The concentrations of a special element can be determined by comparing the relative intensities of the X-rays which are generated by an element present in the test specimen with a known standard. In order to achieve maximum accuracy, approximately Vi of one percent, the ratio can be corrected taking into account the absorption and fluorescence of the emitted X rays. Alternatively, it can be assumed that the average degree of intensity represents the base concentration which is obtained by a normal chemical analysis and that the deviations in intensity directly represent deviations from the base concentration.
Wird dieses letztere Verfahren zu einem Vergleich einer Anzahl von Prüflingen herangezogen, hat es sich als zweckmässig erwiesen, einem jeden Prüfling einen Wert zuzuordnen, der die durchschnittliche Intensität der ausgeprägten Abweichungen anzeigt und somit die durchschnittliche Konzentrationsabweichung von dem Basisniveau. Dieser Wert kann als der Mikroausscheidungswert bezeichnet werden und wird ausgedrückt in Form von Prozent der Basiskonzentration. If this latter method is used to compare a number of test objects, it has proven to be expedient to assign a value to each test object which indicates the average intensity of the pronounced deviations and thus the average concentration deviation from the base level. This value can be referred to as the microprecipitation value and is expressed as a percentage of the base concentration.
Im Falle des vorliegenden Vergleiches ergab die Basisanalyse des untersuchten Prüflings etwa 0,98% Mangan. Diese Ergebnisse zeigten an, dass der nachim Stande der Technik hergestellte Stahlstab einen Mangan-Mikroaus-scheidungswert, ausgedrückt als Prozentsatz der Basisanalyse von etwa 300% hatte, wohingegen der Mangan-Mikro-ausscheidungswert des gegossenen Stranges, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, bei weniger als 175% lag. In the case of the present comparison, the basic analysis of the test specimen examined showed approximately 0.98% manganese. These results indicated that the steel rod made in the prior art had a manganese micro-excretion value expressed as a percentage of the basic analysis of about 300%, whereas the manganese micro-excretion value of the cast strand produced by the method of the present invention was less than 175%.
645 046 645 046
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass das neue Produkt unter Verwendung einer bekannten Giessvorrichtung des Standes der Technik hergestellt werden kann, unter Verwendung von Verfahrensmethoden, die innerhalb der experimentellen Erfahrung derjenigen liegen, die eine übliche Erfahrung auf diesem Gebiet haben. An important advantage of the present invention is that the new product can be manufactured using a known casting device of the prior art, using process methods which are within the experimental experience of those who have a normal experience in this field.
Die bevorzugte Durchführung der Erfindung besteht in der Bildung einer sich bewegenden gewölbten Form durch Rotation eines Giessrades mit einer peripheren Aussparung auf seiner zentralen Achse und in der Bewegung eines Bandes längs seiner Länge in Kontakt mit der peripheren Aussparung auf dem oberen Teil des Giessrades, Bewegung des Bandes und Giessrades in Verbindung mit etwa dem unteren Teil des Giessrades und Fortbewegen des Bandes von dem Giessrad, Eingiessen von geschmolzenem Stahl in die gewölbte oder bogenförmige Form, Abkühlen der Form unter Hervorrufung einer Verfestigung des geschmolzenen Stahles in der gewölbten Form, Abziehen des gegossenen Stranges von der gewölbten Form, normalerweise zusätzliches Abkühlen des gegossenen Stranges durch Anwendung eines Nachkühlers, nachdem das gegossene Material aus dem geschlossenen Abschnitt der Form ausgetreten ist und progressive Ausrichtung des gegossenen Stranges, wenn sich diese von der gewölbten Form fortbewegt. Verwiesen wird beispielsweise auf die US-PS 3 623 535 und die US-PS 359 348. The preferred practice of the invention is to form a moving domed shape by rotating a casting wheel with a peripheral recess on its central axis and moving a belt along its length in contact with the peripheral recess on the upper part of the casting wheel, moving the Belt and casting wheel in connection with the lower part of the casting wheel and moving the belt away from the casting wheel, pouring molten steel into the arched or arched shape, cooling the mold, causing the molten steel to solidify in the arched shape, pulling off the cast strand from the domed shape, usually additional cooling of the cast strand using an aftercooler after the cast material has exited the closed portion of the mold and progressive alignment of the cast strand as it moves away from the domed shape. Reference is made, for example, to US Pat. No. 3,623,535 and US Pat. No. 359,348.
Der erfindungsgemässe Stahlstrang ist durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 gekennzeichnet. The steel strand according to the invention is characterized by the characterizing part of patent claim 5.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen: The invention is described below with reference to the drawing, for example. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispieles einer Anlage des Standes der Technik, die sich zur Herstellung eines Giessstahlproduktes nach der Erfindung eignet, mit einer Giessmaschine mit einem rotierbaren Giessrad, definiert durch eine periphere Aussparung und mit einem endlosen Band, das einen Teil der Länge der Aussparung unter Erzeugung einer geschlossenen Form in diesem Abschnitt bedeckt, Fig. 1 is a schematic representation of an example of a system of the prior art, which is suitable for producing a cast steel product according to the invention, with a casting machine with a rotatable casting wheel, defined by a peripheral recess and with an endless belt that is part of the length covered the recess to create a closed shape in this section,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Schwefelverteilung in einem nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stahlstrang darstellt, 2 is a diagram illustrating the sulfur distribution in a steel strand cast according to the method of the invention.
Fig. 3 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stahlstrang darstellt, 3 is a diagram illustrating the oxygen distribution in a steel strand cast according to the method of the invention.
Fig. 4 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem Stahlstrang darstellt, der nach dem bekannten Hazelett-Doppelbandverfahren gegossen wurde, 4 is a diagram illustrating the oxygen distribution in a steel strand which was cast according to the known Hazelett double-belt process,
Fig. 5 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem Stahlstrang darstellt, der nach einem weiteren Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde, d.h. dem sog. Junghans-Typ-Verfahren und ganz speziell unter Verwendung einer Concast-Maschine des in der Praxis erfolgreichen Typs, Fig. 5 is a graph illustrating the oxygen distribution in a steel strand cast by another prior art method, i.e. the so-called Junghans type process and very specifically using a Concast machine of the type that is successful in practice,
Fig. 6 ein Diagramm, das die Kohlenstoffverteilung in einem Stahlstrang, der nach der vorliegenden Erfindung gegossen wurde, veranschaulicht, 6 is a graph illustrating carbon distribution in a steel strand cast according to the present invention.
Fig. 7 eine graphische Darstellung, in der die Zugfestigkeit eines neuen Giessstahlproduktes nach der Erfindung mit einem anderen Giessstahlprodukt, hergestellt nach einem Verfahren des Standes der Technik, verglichen wird, 7 is a graphical representation in which the tensile strength of a new cast steel product according to the invention is compared with another cast steel product produced by a method of the prior art,
Fig. 8 ein Schaubild, das die X-Strahlen-Intensitätsabweichung aufgrund einer Mikrosegregation von Mangan in einem Stahlstrang, gegossen nach dem Verfahren der Erfindung, darstellt, 8 is a graph illustrating the X-ray intensity deviation due to microsegregation of manganese in a steel strand cast by the method of the invention.
Fig. 9 ein Schaubild, das die X-Strahlen-Intensitätsabweichung aufgrund einer Mikroausscheidung von Mangan in einem Stahlstrang darstellt, der nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde. Fig. 9 is a graph showing the X-ray intensity deviation due to microprecipitation of manganese in a steel strand cast by the known continuous process of the prior art.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Giessvorrichtung handelt es sich um eine solche mit einem Giessrad 10 für die Erzeugung des erfindungsgemässen Produktes. Die Vorrichtung ist ähnlich der beispielsweise aus der US-PS 3 623 535 bekannten Vorrichtung. Das Giessrad 10 definiert eine periphere Aussparung G innerhalb des Rades, das über einen Teil seiner Oberfläche von einem endlosen flexiblen Band oder Gurt 11 unter Erzeugung einer geschlossenen Form M bedeckt ist. Das flexible Band 11 wird in Eingriff mit einem Teil der Peripherie des Giessrades durch Trägerwalzen 12,13 und 14 gehalten und bewegt sich mit dem Giessrad 10, wenn dieses sich dreht. In der Nähe der Bandtragewalze 12, wo die geschlossene Form M beginnt, wird aufgeschmolzener Stahl von einem Giesskopf oder Trichter 16 in die Form M durch eine Öffnung 16a eingeführt. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden sämtliche äusseren Oberflächen des Giessrades und Bandes kontinuierlich durch Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit gekühlt, wobei der äussere An teil der Aussparung und des Bandes durch Kühlstrahlen von nicht dargestellten Sprühdüsen gekühlt wird, die sich in Kopfstücken oder Sammelleitungen S2, S3 und S4 befinden, und wobei der innere Anteil der peripheren Aussparung E durch Bestrahlung mit einer Kühlflüssigkeit aus Düsen im Kopfstück S1 gekühlt wird. Die aus jeder Düse ausgespritzte Kühlflüssigkeit oder die aus Gruppen von Düsen ausgespritzten Kühlflüssigkeiten längs der Innenseite der peripheren Aussparung können individuell verstellt werden, so dass das Volumen der Kühlflüssigkeit, die ausgespritzt wird, verändert werden kann, wodurch wiederum die Geschwindigkeit, mit der der Stahl innerhalb der Form M gekühlt wird, verändert werden kann. Die Zufuhr von Kühl-flüssigkeit zu den Düsen oder Gruppen von Düsen kann ebenfalls durch steuerbare Ventile gesteuert werden, wodurch ein Ingangsetzen der Besprühung und eine Unterbrechung der Zufuhr von Kühlflüssigkei]t ermöglicht wird und eine Veränderung des Gesamtvolumens des Kühlstromes. Verwiesen wird beispielsweise auf die Kühlanordnung, die in der US-PS 3 279 000 beschrieben wird. The casting device shown in FIG. 1 is one with a casting wheel 10 for the production of the product according to the invention. The device is similar to the device known for example from US Pat. No. 3,623,535. The casting wheel 10 defines a peripheral recess G within the wheel, which is covered over part of its surface by an endless flexible band or belt 11 to produce a closed shape M. The flexible belt 11 is held in engagement with part of the periphery of the casting wheel by carrier rollers 12, 13 and 14 and moves with the casting wheel 10 when it rotates. In the vicinity of the belt support roller 12, where the closed mold M begins, molten steel is introduced into the mold M from a casting head or funnel 16 through an opening 16a. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, all outer surfaces of the casting wheel and belt are continuously cooled by spraying a cooling liquid, the outer part of the recess and the belt being cooled by cooling jets from spray nozzles, not shown, which are located in head pieces or manifolds S2, S3 and S4, and wherein the inner portion of the peripheral recess E is cooled by irradiation with a cooling liquid from nozzles in the header S1. The coolant sprayed from each nozzle or the coolant sprayed from groups of nozzles along the inside of the peripheral recess can be individually adjusted so that the volume of the coolant that is sprayed out can be changed, which in turn increases the speed at which the steel inside the form M is cooled, can be changed. The supply of cooling liquid to the nozzles or groups of nozzles can also be controlled by controllable valves, whereby the spraying can be started and the supply of cooling liquid can be interrupted and the total volume of the cooling flow can be changed. Reference is made, for example, to the cooling arrangement described in US Pat. No. 3,279,000.
Jenseits und oberhalb der Bandtrage walze 14 befindet sich ein ausgedehnter Abbiege- oder Umlenkabschnitt 18. Dieser Abschnitt 18 dient zur Ausrichtung des gegossenen Stahlstranges B, der von der peripheren Ausspaltung des Giessrades 10 abgezogen wird, nachdem der Strang den geschlossenen Abschnitt der Form M verlässt. Der Abbiegeabschnitt 18 weist eine Vielzahl von Trägerführungswalzen 19 auf, die auf einem nicht dargestellten Rahmen montiert sind. Seitliche, ebenfalls nicht dargestellte Führungswalzen können ebenfalls in dem Abbiegeabschnitt 18 dazu benutzt werden, um den gegossenen Stahlstrang auf eine ungefähre vertikale Ebene zu begrenzen. Obgleich die Trägerführungswalzen 19 entweder angetrieben sein können oder auch nicht angetrieben sein können, hat es sich doch als vorteilhaft erwiesen, dass mindestens ein Teil der Trägerwalzen 19 angetrieben wird, um die Ausrichtung des gegossenen Stranges zu unterstützen. Beyond and above the belt support roller 14 there is an extended bending or deflection section 18. This section 18 serves to align the cast steel strand B, which is pulled off the peripheral splitting of the casting wheel 10 after the strand leaves the closed section of the form M. The bending section 18 has a plurality of carrier guide rollers 19 which are mounted on a frame, not shown. Lateral guide rollers, also not shown, can also be used in the bending section 18 to limit the cast steel strand to an approximate vertical plane. Although the carrier guide rollers 19 may either be driven or may not be driven, it has been found to be advantageous to drive at least a portion of the carrier rollers 19 to aid in the alignment of the cast strand.
Im Falle einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Nachkühlvorrichtung 21 oberhalb und benachbart zu der Bandtragewalze 14 angeordnet, um einen direkten Strom von Kühlflüssigkeit auf den gegossenen Stahlstrang zu richten, der aus der gewölbten Form M austritt. In the case of a particularly advantageous embodiment of the invention, a post-cooling device 21 is arranged above and adjacent to the belt support roller 14 in order to direct a direct flow of cooling liquid onto the cast steel strand, which emerges from the curved shape M.
Bei Betrieb der Giessvorrichtung nach einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Giessrad 10 entgegen der Uhrzeigerrichtung in Bewegung gesetzt, und aufgeschmolzener Stahl wird aus dem Trichter 16 durch die Öffnung 16a in die geschlossene Form M gegossen, die zwischen der peripheren Ausspaltung E des Giessrades und dem flexiblen Band 11 gebildet wird. Aufgeschmolzener Stahl wird dabei nach einer Methode, wie sie für das Vergiessen von Eisenmetallen und Nichteisenmetallen bekannt ist, in gesteuerter Weise in die Form M gegossen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, dass die Drehbewegung des Giessrades den Stab in der Form M weg von der Öffnung 16a führt, so schnell wie der aufgeschmolzene Stahl durch die Öffnung fliesst, um die Oberfläche des Beckens von geschmolzenem Stahl auf einem konstanten Niveau an der Einführungsstelle der Form M zu halten. Das Austrittsende der Schnauze 16a befindet sich so nahe wie möglich zur Eintrittsöffnung der Form M, um zu ermöglichen, dass der aufgeschmolzene Stahl direkt aus der Schnauze in das Becken von geschmolzenem Stahl in der Form fliesst. When operating the casting device according to an embodiment of the method of the invention, the casting wheel 10 is set in motion counterclockwise, and molten steel is poured from the funnel 16 through the opening 16a into the closed mold M, which is between the peripheral split E of the casting wheel and the flexible band 11 is formed. Molten steel is poured into mold M in a controlled manner using a method known for the casting of ferrous and non-ferrous metals, and at a speed that the rotating movement of the casting wheel moves the rod in the M form away from the opening 16a passes through the opening as fast as the molten steel flows to maintain the surface of the molten steel pool at a constant level at the M-shaped insertion point. The exit end of the snout 16a is as close as possible to the mold M entry opening to allow the molten steel to flow directly from the snout into the pool of molten steel in the mold.
Wenn der aufgeschmolzene Stahl rund um das Giessrad 10 innerhalb der Form M geführt wird, wird Kühlflüssigkeit direkt gegen die Form aus den Düsen in der Vorrichtung S1 gerichtet, und die Düsen der anderen Vorrichtungen SI, S3 und S4 sowie die Menge an Kühlflüssigkeit, die dem Band und dem Giessrad zugeführt wird, wird in gewünschter Weise eingestellt, um die Kühlgeschwindigkeit des aufgeschmolzenen Stahles zu steuern. When the molten steel is passed around the casting wheel 10 inside the mold M, cooling liquid is directed directly against the mold from the nozzles in the device S1, and the nozzles of the other devices SI, S3 and S4, as well as the amount of cooling liquid that the Band and the casting wheel is set in the desired manner to control the cooling rate of the molten steel.
Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung weist einen Zustand einer sehr gleichförmigen Kühlung über und längs der Längsachse des gegossenen Stranges auf. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang beispielsweise auf die US-PS 3 279 000. Am Anfang erfolgt eine rasche Kühlung und Verfestigung des aufgeschmolzenen Stahles an den Oberflächen des Giessrades und Bandes, wodurch die Ausbildung einer Haut oder Schale aus verfestigtem Stahl mit einer gleichach-sigen Kornstruktur hervorgerufen wird. Eine kontinuierliche Extraktion oder Abführung von Wärme aus dem teilweise verfestigten Strang verursacht eine Verfestigung des Stahls innerhalb des aufgeschmolzenen Kernes fortschreitend und gleichförmig (einschliesslich einer gleichförmigen Weise in jedem Punkt rund um die Peripherie) unter Erzeugung einer dendritischen oder im wesentlichen gleichachsigen Struktur, je nach der Überhitzung des Stahles von der Hülle oder Schale in Richtung des Zentrums des verfestigten Stahlstranges B. The preferred embodiment of the invention has a state of very uniform cooling above and along the longitudinal axis of the cast strand. Reference is made in this connection, for example, to US Pat. No. 3,279,000. At the beginning there is rapid cooling and solidification of the molten steel on the surfaces of the casting wheel and belt, as a result of which the formation of a skin or shell of hardened steel with an equiaxed grain structure is caused. Continuous extraction or removal of heat from the partially solidified strand causes the steel to solidify progressively and uniformly (including a uniform manner at every point around the periphery) within the molten core to produce a dendritic or substantially coaxial structure, depending on the Overheating of the steel from the shell or shell in the direction of the center of the solidified steel strand B.
Der Stahl, der in die Form M in aufgeschmolzener Form im oberen Abschnitt des Giessrades eingetreten ist, bewegt sich m einer Abwärtsrichtung, um den unteren Abschnitt des Giessrades und dann in einer Aufwärtsrichtung, bis er den geschlossenen Abschnitt der Form M nahe der Bandträgerwalze 14 verlässt, gelangt durch die Nachkühlstrahlen aus den Düsen in Verbindung mit der Vorrichtung 21 und erreicht eine Führungswalze 15, worauf der Strang von dem Giessrad fortgeführt wird. The steel that has melted into the M form in the upper portion of the casting wheel moves in a downward direction around the lower portion of the casting wheel and then in an upward direction until it exits the closed portion of the M form near the belt support roller 14 , passes through the after-cooling jets from the nozzles in connection with the device 21 and reaches a guide roller 15, whereupon the strand is continued by the casting wheel.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung übersteigt die Temperatur der äusseren Oberfläche der peripheren Haut des verfestigten Stahles, wenn dieser aus dem geschlossenen Abschnitt der Form M austritt, nicht eine Temperatur von etwa 1370 °C, wobei die Temperatur jedoch nicht bei weniger als etwa 1037 oder 1049 °C liegt. According to a preferred embodiment of the invention, the temperature of the outer surface of the peripheral skin of the solidified steel when it emerges from the closed portion of the form M does not exceed a temperature of about 1370 ° C, but the temperature does not exceed less than about 1037 or 1049 ° C.
Der das Giessrad verlassende Strang hat eine Form, die der Krümmung der Form M entspricht, weshalb der Strang fortschreitend ausgerichtet wird durch eine fortschreitende Erhöhung des Radius des Stranges B, wenn dieser sich durch den ausgedehnten Abbiegeabschnitt 18 bewegt. Die Führungswalzen 19 stützen den Strang dabei ab und führen ihn durch den Umwege- oder Ausrichtabschnitt oberhalb des Giessrades 10, wobei mindestens ein paar der Führungswalzen 19 vorzugsweise angetrieben werden, um den Strang B über seine Länge aus dem Giessrad 10 abzuziehen. Der aufgeschmolzene Kern des Stranges B ist zu dem Zeitpunkt, zu dem er mindestens den letzten Sprühstrahl aus der letzten Düse auf der Vorrichtung 21 passiert hat, vollständig verfestigt, um zu gewährleisten, dass der Strang vollständig verfestigt ist, bevor er einen Punkt erreicht, der auf einem Niveau The strand leaving the casting wheel has a shape which corresponds to the curvature of the shape M, which is why the strand is progressively aligned by progressively increasing the radius of the strand B as it moves through the extended bending section 18. The guide rollers 19 support the strand and guide it through the detour or alignment section above the casting wheel 10, at least a few of the guide rollers 19 preferably being driven to pull the strand B out of the casting wheel 10 over its length. The melted core of strand B is fully solidified by the time it passes at least the last spray from the last nozzle on device 21 to ensure that the strand is fully solidified before it reaches a point that on a level
6 6
s io s io
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
3S 3S
40 40
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mit dem Niveau des Beckens von geschmolzenem Stahl beim Eintritt in die Form M liegt. Infolgedessen fliesst der aufgeschmolzene Stahl im Kern des Stranges nicht entgegengesetzt zur Formbewegung durch das unverfestigte Strangzentrum unter Erzeugung eines Lunkers oder einer Pore im Zentrum des Stranges. Der Strang ist dadurch auch fest und wirkt metallurgisch, bevor er in den Abbiegeabschnitt 18 eintritt, und seine Temperatur gerade vor dem Abbiegen kann ebenfalls eingestellt werden durch Einstellung des Volumens von Kühlflüssigkeit, die durch die Vorrichtung 21 zugeführt wird, um die internen Spannungen des Stranges während der Ausrichtung zu steuern. with the level of the pool of molten steel when entering form M. As a result, the molten steel in the core of the strand does not flow in the opposite direction to the shape movement through the unconsolidated strand center, creating a blow hole or pore in the center of the strand. The strand is thereby also solid and has a metallurgical effect before entering the bend section 18, and its temperature just before the bend can also be adjusted by adjusting the volume of cooling liquid supplied by the device 21 to the internal stresses of the strand to control during alignment.
Bei der dargestellten Ausgestaltung des Giessrades 10 weist die Form M eine ungefähr trapezoedrische Form auf mit einer geringen Ausdehnung im inneren Abschnitt der peripheren Aussparung und einer grösseren Ausdehnung benachbart zum Band 11. Dies bedeutet, dass ein Stahlstrang, der unter Verwendung einer typischen Giessvorrichtung 10 gegossen worden ist, eine grösste Breite von ungefähr 66,67 mm aufweist, eine geringste Breite von 53,97 mm und eine Tiefe von 47,62 mm mit einem ungefähren Radius von 0,63 cm, der die geringere Breite mit den beiden Seiten des Stranges verbindet. Es können jedoch auch andere Strang-grössen und Strangformen, falls gewünscht, gegossen werden. Beispielsweise lassen sich in vorteilhafter Weise 12,19 cm2 Stränge mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 13,4 m pro Minute und ungefähr 10,6 cm Stränge mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10,6 m pro Minute giessen. In the illustrated embodiment of the casting wheel 10, the shape M has an approximately trapezoidal shape with a small extension in the inner portion of the peripheral recess and a larger extension adjacent to the band 11. This means that a steel strand is cast using a typical casting device 10 has a maximum width of approximately 66.67 mm, a minimum width of 53.97 mm and a depth of 47.62 mm with an approximate radius of 0.63 cm, which is the smaller width with the two sides of the strand connects. However, other strand sizes and strand shapes can be cast if desired. For example, 12.19 cm 2 strands can advantageously be cast at a speed of approximately 13.4 m per minute and approximately 10.6 cm strands at a speed of approximately 10.6 m per minute.
Es wird angenommen, dass die neuen Gussstahlstränge der vorliegenden Erfindung mit einer vergleichsweise hohen linearen Geschwindigkeit erzeugt werden können, da die vergleichsweise grosse Länge der gekrümmten oder gebogenen Form M, abgekühlt durch rasch abschreckende Abkühlstrahlen eine Verfestigung trotz der vergleichsweise hohen Rotationsgeschwindigkeit des Giessrades 10 ermöglicht. Des weiteren bewirkt der relativ kleine Radius des Giessrades 10, dass die Orientierung des aufgeschmolzenen Stahles sich rasch ändert, wenn sich das Rad dreht, im Gegensatz zu den in der Praxis bisher ausgeführten kontinuierlichen Guss-stahlherstellungsverfahren, bei denen der sich verfestigende Stahl in einer horizontalen oder ungefähr horizontalen Orientierung eine wesentliche Zeitspanne lang verbleibt, so dass es Verunreinigungen ermöglicht wird, aufwärts während des Prozesses der Verfestigung zu flotieren. Es wird angenommen, dass, wenn ein Strang B mit einem vergleichsweise geringen Querschnitt nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen wird, der Strang schnell durch das Kühlmittel, das aus den Düsen in Verbindung mit den Vorrichtungen Sl, S2, S3, S4 und 21 ausgesprüht wird, schnell verfestigt wird, bevor eine wesentliche Ausscheidung von Bestandteilen oder Verunreinigungen stattfinden kann. It is believed that the new cast steel strands of the present invention can be produced at a comparatively high linear speed, since the comparatively large length of the curved or curved shape M, cooled by rapidly quenching cooling jets, enables solidification despite the comparatively high rotational speed of the casting wheel 10. Furthermore, the relatively small radius of the casting wheel 10 causes the orientation of the molten steel to change rapidly as the wheel rotates, in contrast to the continuous cast steel manufacturing processes previously carried out, in which the hardening steel is in a horizontal direction or approximately horizontal orientation remains for a substantial period of time, allowing contaminants to float upward during the solidification process. It is believed that when a strand B having a comparatively small cross-section is cast according to the method of the present invention, the strand is rapidly sprayed through the coolant that is sprayed out of the nozzles in connection with devices S1, S2, S3, S4 and 21 is solidified quickly before a substantial elimination of constituents or impurities can take place.
Das oben beschriebene Verfahren, bei dem ein relativ schnell rotierendes Giessrad mit einem relativ geringen Durchmesser ausreichend gekühlt wird, um Verunreinigungen schnell zum Erstarren zu bringen, bevor eine Ausscheidung und/oder umgekehrte Ausscheidung erfolgen kann, erzeugt somit das neue Giessstahlprodukt der Erfindung mit Eigenschaften, die sich wesentlich von den Eigenschaften eines Gussstahles unterscheiden, der in kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtungen oder Giessmaschinen des Standes der Technik hergestellt wurde. The method described above, in which a relatively quickly rotating casting wheel with a relatively small diameter is cooled sufficiently to solidify contaminants quickly before separation and / or reverse separation can take place, thus produces the new casting steel product of the invention with properties, which differ significantly from the properties of a cast steel which was produced in continuously operating casting devices or casting machines of the prior art.
Es wird angenommen, dass die Ausgestaltung oder Ausführung der Radform, die Ausbildung oder Ausgestaltung von Kühlwassersprühzonen und der vergleichsweise kleine Querschnitt der gegossenen Stränge es ermöglicht, eine höhere Wärmeübertragung im Vergleich zu den bisher bekannten kontinuierlichen Gussstahlherstellungsverfahren zu erreichen. It is assumed that the design or design of the wheel shape, the design or design of cooling water spray zones and the comparatively small cross section of the cast strands make it possible to achieve a higher heat transfer in comparison to the previously known continuous cast steel production processes.
Einige Vorstellungen von der hohen Kühlgeschwindigkeit oder Verfestigung ergeben sich aus den metallurgischen Grössen der Giesssysteme. Die metallurgische Grösse ist dabei definiert als die Entfernung zwischen dem oberen Teil der flüssigen Schmelze in der Form und dem Punkt, der vollständigen Verfestigung oder Erstarrung. Some ideas of the high cooling rate or solidification result from the metallurgical sizes of the casting systems. The metallurgical size is defined as the distance between the upper part of the liquid melt in the mold and the point, the complete solidification or solidification.
Im Falle des erfindungsgemässen Verfahrens wurde mit einer metallurgischen Grösse von etwa 4,57 m oder weniger bei der Herstellung eines 12,19 cm2 Stranges bei 10,67 bis 13,41 m pro Minute und im Falle eines 20,57 cm2 Stranges bei einer Geschwindigkeit von 7,62 bis 10,67 m pro Minute gearbeitet. Im Falle von üblichen kontinuierlich arbeitenden Giesssystemen vom eingangs genannten Junghans-Typ werden im allgemeinen metallurgische Grössen von etwa 15,24 m bis 21,336 m beim Vergiessen von Barren einer Grösse von 10,16 x 10,16 cm bei einer Geschwindigkeit von 254 bis 305 cm pro Minute berichtet. Es wurde gefunden, dass im Falle des erfindungsgemässen Verfahrens die erfindungs-gemäss hergestellten Gussstränge in etwa 25 bis 30 Sekunden vollständig erstarrt sind, wobei davon auszugehen ist, dass im Falle eines Stranges vom Junghans-Typ etwa 6 Minuten bis zur vollständigen Erstarrung erforderlich sind. In the case of the method according to the invention, a metallurgical size of about 4.57 m or less was used to produce a 12.19 cm 2 strand at 10.67 to 13.41 m per minute and in the case of a 20.57 cm 2 strand at a speed from 7.62 to 10.67 m per minute. In the case of conventional continuous casting systems of the Junghans type mentioned at the outset, metallurgical sizes of approximately 15.24 m to 21.336 m are generally used when casting ingots with a size of 10.16 x 10.16 cm at a speed of 254 to 305 cm reported per minute. It has been found that, in the case of the method according to the invention, the cast strands produced according to the invention are completely solidified in about 25 to 30 seconds, it being assumed that in the case of a strand of the Junghans type it takes about 6 minutes to complete solidification.
Es wird angenommen, dass durch die grosse Abkühlgeschwindigkeit der Fluss von Flüssigkeit von höheren Konzentrationen abgelöstem Stoff in die interdendritischen Kanäle vermindert wird und dass dadurch inverse Ausscheidung reduziert wird, während die nichtmetallischen Verunreinigungen, die in dem flüssigen Stahl vorliegen, mit der Flüssigkeit in ungleichförmiger Verteilung ausfrieren oder erstarren. It is believed that the high rate of cooling reduces the flow of liquid from higher concentrations of detached material into the interdendritic channels and thereby reduces inverse excretion while the non-metallic contaminants present in the liquid steel are unevenly distributed with the liquid freeze or freeze.
Es wird des weiteren angenommen, dass der schnelle Orientierungswechsel des aufgeschmolzenen Stahles in sich bewegenden Radformen die Chancen einer Ausscheidung von Verunreinigungen in unerwünschten Positionen innerhalb des gegossenen Stranges reduziert. Das heisst, um ein Beispiel anzugeben, wird der gegossene Strang mit seiner anfänglich vergleichsweise dünnen erstarrten Schale oder Hülle und einem grossen aufgeschmolzenen Zentrum im Gegen-Uhrzeigersinn von gegenüber ungefähr dem Verteiler S2 (siehe Fig. 1) bewegt, an den Verteilern S3, S4 und dann 21 bis zu einem Punkt, wo die erstarrte Hülle oder Schale ziemlich gross geworden ist bezüglich des aufgeschmolzenen Zentrums, was bedeutet, dass der gegossene Strang sich über einen Bogen von mehr als 90° und vorzugsweise mehr als 180° bewegt hat, so wird angenommen, dass ein solcher Orientierungswechsel des Giesskörpers über den Verlauf der Erstarrung dazu neigt, die Ausbildung von grossen Konzentrationen an ausgeschiedenen Bestandteilen oder Komponenten oder Verunreinigungen zu eliminieren, die anderer Weise in den oberen Teil des inneren der sich verfestigenden Schale oder Hülle flotieren würden, da im wesentlichen der «obere Anteil» der sich verfestigenden Schale oder Hülle sich stets während der Rotation des Rades verändert. It is further believed that the rapid change of orientation of the molten steel in moving wheel shapes reduces the chances of impurities being removed in undesired positions within the cast strand. That is, to give an example, the cast strand, with its initially comparatively thin solidified shell or shell and a large melted center, is moved counterclockwise from approximately the distributor S2 (see FIG. 1) at the distributors S3, S4 and then 21 to a point where the solidified shell or shell has become quite large with respect to the melted center, which means that the cast strand has moved over an arc of more than 90 ° and preferably more than 180 ° assumed that such a change of orientation of the casting body over the course of the solidification tends to eliminate the formation of large concentrations of excreted constituents or components or impurities which would otherwise float in the upper part of the interior of the solidifying shell or casing, since essentially the "upper part" of the solidifying shell or shell always changed during the rotation of the wheel.
Es wurden Messungen durchgeführt, um den Grad der Ausscheidung von Schwefel- und Sauerstoffverunreinigungen und den Grad einer Ausscheidung von Kohlenstoff in neuen Gussstahlsträngen zu bestimmen, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Um ein Ausscheidungsprofil von der Radseite von gegossenen Strängen zur Bandseite der gegossenen Stränge herzustellen, wurden drei Sätze von Proben für Analysezwecke aus (langen) Querprofilen des gegossenen Stranges ausgestanzt, eine Probe aus dem Zentrum des Abschnittes, eine 20 mm links vom Zentrum und eine 20 mm rechts vom Zentrum. Die erhaltenen Werte wurden dann gemittelt, um ein durchschnittliches Profil für einen jeden Strang zu erhalten. Die Ergebnisse von solchen Untersuchungen sind in den Fig. 2, 3 und 6 dargestellt. Es wird angenommen, dass im Falle des Standes s Measurements were made to determine the level of sulfur and oxygen contamination and the level of carbon in new cast steel strands made by the process of the present invention. In order to produce an excretion profile from the wheel side of cast strands to the strip side of the cast strands, three sets of samples for analysis purposes were punched out of (long) cross profiles of the cast strand, a sample from the center of the section, a 20 mm to the left of the center and a 20 mm to the right of the center. The values obtained were then averaged to obtain an average profile for each strand. The results of such investigations are shown in FIGS. 2, 3 and 6. It is assumed that in the case of the status s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
645046 645046
der Technik «(lange) Querprofile» und ebene gerade «Querprofile» austauschbar sind, wenn keine Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung mit einem kurzen Querprofil gegeben ist (vgl. ASTM-Bestimmung E399-74, Spalt-Ebene-Orientie-rungs-Identifizierungskode, z. B.). the technology “(long) cross profiles” and even “cross profiles” are interchangeable if there is no likelihood of confusion with a short cross profile (cf. ASTM provision E399-74, gap-level orientation identification code, e.g. B.).
Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem der durchschnittliche prozentuale Schwefelgehalt in Abhängigkeit von der Lage zwischen der Radseite und dem Strang (Omm) und der Bandseite des Stranges (44 mm in diesem Falle) dargestellt ist, wobei der Stahl eine Zusammensetzung hatte von ungefähr 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,02 Gew.-% Schwefel, 0,99 Gew.-% Mangan, 0,02 Gew.-% Phosphor und 0,21 Gew.-% Silicium (Probe Nr. 45). Die maximale Abweichung vom durchschnittlichen Schwefelgehalt über dem Strang lag bei 0,0013% (13 ppm), im Falle der Messungen, die in Fig. 2 dargestellt sind, und die mittlere quadratische Abweichung, auch Standardabweichung genannt, lag bei 0,000498%. Dies stellt eine unerwartet hohe gleichförmige Verteilung von Schwefel dar, ohne beträchtliche schädliche Ausscheidung. Untersuchungen von anderen Prüflingen des neuen Produktes zeigten, dass maximale Schwefel-Abweichungen bei 0,00114% bis 0,004% (11,4 ppm bis 40 ppm) lagen und dass Schwefel-Standardabweichungen bei 0,000483% bis 0,00138% im Falle von Prüflingen mit 0,01755% bzw. 0,02993% Schwefel, wie unten dargestellt, lagen. Fig. 2 is a graph showing the average sulfur percentage depending on the position between the wheel side and the strand (Omm) and the band side of the strand (44 mm in this case), the steel having a composition of approximately 0.45 wt% carbon, 0.02 wt% sulfur, 0.99 wt% manganese, 0.02 wt% phosphorus and 0.21 wt% silicon (Sample No. 45) . The maximum deviation from the average sulfur content over the strand was 0.0013% (13 ppm), in the case of the measurements shown in FIG. 2, and the mean square deviation, also called standard deviation, was 0.000498%. This represents an unexpectedly high, uniform distribution of sulfur without significant deleterious excretion. Studies of other specimens of the new product showed that maximum sulfur deviations were 0.00114% to 0.004% (11.4 ppm to 40 ppm) and that standard sulfur deviations were 0.000483% to 0.00138% in the case of Test specimens with 0.01755% and 0.02993% sulfur as shown below.
Durchschnitt von 3 Schwefelmessungen in jeder angegebenen Position in ppm Average of 3 sulfur measurements in each specified position in ppm
Probe Nr. Sample No.
26 26
41 41
43 43
45 45
48 48
5 mm - 5 mm -
170,3 170.3
308,0 308.0
234,3 234.3
226,7 226.7
316 316
15 mm = 15 mm =
180,7 180.7
310,6 310.6
233,0 233.0
240,0 240.0
328 328
25 mm = 25 mm =
174,3 174.3
271,0 271.0
223,7 223.7
235,0 235.0
316 316
35 mm = 35 mm =
170,7 170.7
297,6 297.6
227,0 227.0
239,7 239.7
317 317
40 mm 40 mm
181,7 181.7
297,6 297.6
231,0 231.0
238,7 238.7
325 325
47 mm = 47 mm =
- -
311,0 311.0
238,7 238.7
_ - _ -
Durch By
schnitt - cut -
175,5 175.5
299,3 299.3
231,2 231.2
236,0 236.0
320.4 320.4
maximale maximum
Abweichung = Deviation =
11,4 11.4
40,0 40.0
11,7 11.7
13,0 13.0
12,0 12.0
Standard- Default-
Abweichung = Deviation =
4,83 4.83
13,8 13.8
4,88 4.88
4,98 4.98
5,08 5.08
In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ist der durchschnittliche Sauerstoffgehalt (ppm) in Abhängigkeit von der Lage zwischen dem Rad und den Bandseiten für den gleich gegossenen Strang Nr. 45, wie in Fig. 2 gemessen, dargestellt. Der Sauerstoffgehalt lag ungefähr bei 70 ppm (0,007%) und die maximale Abweichung vom durchschnittlichen Sauerstoffgehalt über dem Strang, wie in Fig. 3 dargestellt, lag bei 5 ppm (0,0005%) und die Standardabweichung betrug 1,651 ppm. Dies stellt ebenfalls wiederum ein unerwartet günstiges Ergebnis dar, nämlich einen sehr hohen Gleichförmigkeitsgrad von Bestandteilen in der Struktur des neuen Gussstahlstranges. Des weiteren ist zu bemerken, dass die Zentrumsporosität, die gelegentlich in einem durch kontinuierliches Vergiessen hergestellten Stahlstrang auftritt (sogar in den erfindungsgemässen), zu dem gemessenen Sauerstoffgehalt beitragen kann, in der speziellen Lage im Strang. Es wird angenommen, dass eine solche Porosität keine richtige Ausscheidung für die Fachwelt darstellt und im allgemeinen während der nachfolgenden Heissbearbeitung geheilt wird. The diagram shown in FIG. 3 shows the average oxygen content (ppm) as a function of the position between the wheel and the belt sides for the cast rod No. 45, as cast, as measured in FIG. 2. The oxygen content was approximately 70 ppm (0.007%) and the maximum deviation from the average oxygen content over the strand, as shown in Fig. 3, was 5 ppm (0.0005%) and the standard deviation was 1.651 ppm. This in turn also represents an unexpectedly favorable result, namely a very high degree of uniformity of components in the structure of the new cast steel strand. It should also be noted that the center porosity, which occasionally occurs in a steel strand produced by continuous casting (even in those according to the invention), can contribute to the measured oxygen content, in the particular position in the strand. It is believed that such porosity is not a proper excretion to the professional world and is generally cured during subsequent hot processing.
Die verbesserten Sauerstoff-Ausscheidungseigenschaften, die erfindungsgemäss erzielbar sind, ergeben sich durch einen Vergleich der Fig. 3 mit den Fig. 4 und 5. Im Falle des in Fig. 4 dargestellten Diagramms ist der Prozentsatz des The improved oxygen excretion properties which can be achieved according to the invention result from a comparison of FIG. 3 with FIGS. 4 and 5. In the case of the diagram shown in FIG. 4, the percentage of
Sauerstoffgehaltes in Abhängigkeit von der Position zwischen dem Boden und dem oberen Teil des gegossenen Stranges dargestellt, der unter Verwendung einer Hazelett Strip-Casting-Maschine mit einer im wesentlichen horizontalen Form gegossen wurde. Das Diagramm wurde der Seite 43, Fig. 6 einer Arbeit von B. C. Whitmore und J. W. Hlin-ka, «Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process», Open Hearth Proceedings, 1969, entnommen. Durch Umrechnung auf ppm-Basis zeigt Fig. 4 eine maximale Abweichung von ungefähr 100 ppm (0,01 %) oder mehr und eine Standardabweichung von ungefähr 29,88 ppm. Dieses ungefähr 20° von der horizontalen Hazelett-Experimentier-Verfahren erzeugte somit einen Gussstab mit einem beträchtlichen Sauerstoff-Ausscheidungsproblem, und zwar auch dann, wenn der durchschnittliche Sauerstoffgehalt relativ gering war, d.h. bei etwa 0,004% lag. Die schlechteste Ausscheidung trat dabei nahe der oberen Oberfläche des Stranges auf, wie sich aus Fig. 4 und der Whitmore und Hlinka-Veröffentlichung ergibt. Oxygen content depending on the position between the bottom and the upper part of the cast strand, which was cast using a Hazelett strip casting machine with a substantially horizontal shape. The diagram was taken from page 43, Fig. 6, of a work by B.C. Whitmore and J.W. Hlin-ka, "Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process", Open Hearth Proceedings, 1969. By conversion on a ppm basis, FIG. 4 shows a maximum deviation of approximately 100 ppm (0.01%) or more and a standard deviation of approximately 29.88 ppm. This approximately 20 ° from the horizontal Hazelett experiment procedure thus produced a cast rod with a significant oxygen elimination problem, even when the average oxygen content was relatively low, i.e. was about 0.004%. The worst excretion occurred near the top surface of the strand, as can be seen in Figure 4 and the Whitmore and Hlinka publication.
In Fig. 5 ist der Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der Lage im Falle eines Gussstahlstranges dargestellt, der unter Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtung mit einer vertikalen Form vom kontinuierlichen Typ, einschliesslich einer gewölbten, schwingenden Form, hergestellt wurde. Die graphische Darstellung stellt einen Durchschnitt von fünf Prüflingen dar, die einem (langen) Querschnittsprofil vom Boden zum oberen Teil des Stranges entnommen wurden, der 0,46 Gew.-% Kohlenstoff, 0,94 Gew-% Mangan, 0,021 Gew.-% Phosphor, 0,016 Gew.-% Schwefel und 0,22 Gew.-% Silicium enthielt. Die maximale Abweichung, die in Fig. 5 dargestellt ist, liegt bei ungefähr 26,5 ppm und die Standardabweichung bei 10,6 ppm. Der durchschnittliche Sauerstoffgehalt liegt bei etwa 0,006%. Ein anderer Prüfling mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von etwa 0,009% zeigte eine maximale Abweichung von 29 ppm. Fig. 5 shows the oxygen content depending on the position in the case of a cast steel strand which was produced using a continuously operating casting device with a vertical shape of the continuous type, including an arched, oscillating shape. The graph shows an average of five test specimens, which were taken from a (long) cross-sectional profile from the bottom to the upper part of the strand, the 0.46% by weight carbon, 0.94% by weight manganese, 0.021% by weight Phosphorus, 0.016 wt .-% sulfur and 0.22 wt .-% silicon contained. The maximum deviation shown in Figure 5 is approximately 26.5 ppm and the standard deviation is 10.6 ppm. The average oxygen content is around 0.006%. Another test specimen with an average oxygen content of approximately 0.009% showed a maximum deviation of 29 ppm.
Ein nach dem Verfahren der Erfindung gegossener Strang weist des weiteren eine unerwartet gleichförmige Kohlenstoffverteilung auf, wie sich aus Fig. 6 ergibt, die aus einem Diagramm besteht, das das durchschnittliche Profil des Kohlenstoffgehaltes eines solchen gegossenen Stranges (Probe Nr. 48) darstellt. Dieser spezielle Strang wies ungefähr 0,185 Gew.-% Kohlenstoff, 0,59 Gew.-% Mangan, 0,01 Gew.-% Phosphor, 0,032 Gew.-% Schwefel und 0,17 Gew.-% Silicium auf. Die in dem Diagramm der Fig. 6 eingetragenen Punkte sind Durchschnittswerte von drei Messungen für eine jede Position über den gegossenen Strang zwischen Rad und Bandseiten, was auch bei den Fig. 2 und 3 der Fall war. Aus Fig. 6 ergibt sich eine maximale Kohlenstoffgehaltabweichung über den Strang von ungefähr 0,009% (90 ppm) und eine Standardabweichung von 0,00305%. Die Stahlschmelze wird vorzugsweise aus einem chemischen System erzeugt, das Kohlenstoff als einen Bestandteil in einer Konzentration von ungefähr 0,04Gew.-% bis l,4Gew.-% enthält. Die maximale Abweichung im Falle von Prüflingen in diesem Bereich bei einer Freiheitsgradzahl (variance) im Falle erfindungsgemäss hergestellter Prüflinge wird als proportional erwartet. A strand cast according to the method of the invention further has an unexpectedly uniform carbon distribution, as can be seen in FIG. 6, which consists of a graph representing the average profile of the carbon content of such a cast strand (Sample No. 48). This particular strand had approximately 0.185 wt% carbon, 0.59 wt% manganese, 0.01 wt% phosphorus, 0.032 wt% sulfur and 0.17 wt% silicon. The points entered in the diagram of FIG. 6 are average values of three measurements for each position over the cast strand between the wheel and the belt sides, which was also the case in FIGS. 2 and 3. From Fig. 6 there is a maximum carbon deviation over the strand of approximately 0.009% (90 ppm) and a standard deviation of 0.00305%. The molten steel is preferably produced from a chemical system which contains carbon as a component in a concentration of approximately 0.04% by weight to 1.4% by weight. The maximum deviation in the case of test objects in this area with a degree of freedom (variance) in the case of test objects produced according to the invention is expected to be proportional.
Es wurde gefunden, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erreicht werden, wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahles zwischen etwa 0,06 Gew.-% und 0,80 Gew.-% liegt. It has been found that particularly advantageous results are achieved when the carbon content of the steel is between approximately 0.06% by weight and 0.80% by weight.
Es wurden weitere Messungen durchgeführt, um die Zugfestigkeit des neuen gegossenen Stahlstranges der Erfindung zu bestimmen und um ihn mit der Zugfestigkeit eines Stahlstabes zu vergleichen, der nach einem üblichen Giessverfah-ren des Standes der Technik erhalten wurde, und zwar unter Verwendung einer in der Praxis üblichen kontinuierlich arbeitenden Giessmaschine mit einer schwingenden oder oszil8 Further measurements were made to determine the tensile strength of the new cast steel strand of the invention and to compare it with the tensile strength of a steel rod obtained by a conventional casting method of the prior art, using one in practice usual continuous casting machine with a vibrating or oszil8
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
645 046 645 046
lierenden bogenförmigen Form, wobei Stahlstränge aus der gleichen Stahlschmelze gegossen wurden. Die Messungen erfolgten mit einer Beanspruchungs- oder Belastungsgeschwindigkeit von 0,001/Sekunde unter Verwendung eines 2t,54-cm-Extensometers. gently curved shape, whereby steel strands were cast from the same molten steel. The measurements were carried out at a loading or loading speed of 0.001 / second using a 2t, 54 cm extensometer.
Aus Fig. 7 ergibt sich die Zugfestigkeit eines Prüflings eines nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stranges von ungefähr 7522 bis 7733 kg/cm2, im Vergleich zu der Festigkeit eines Stranges gegossen nach dem Stande der Technik von ungefähr 6541 bis 6611 kg/cm2. Die Zusammensetzung des Stahles im Falle dieser Schmelze betrug 0,45 Gew.-% 7 shows the tensile strength of a test specimen of a strand cast according to the method of the invention of approximately 7522 to 7733 kg / cm 2, compared to the strength of a strand cast according to the prior art of approximately 6541 to 6611 kg / cm 2. The composition of the steel in the case of this melt was 0.45% by weight
Kohlenstoff, 0,97 Gew.-% Mangan, 0,019 Gew.-% Phosphor, 0,017 Gew.-% Schwefel und 0,21 Gew.-% Silicium. Carbon, 0.97% by weight of manganese, 0.019% by weight of phosphorus, 0.017% by weight of sulfur and 0.21% by weight of silicon.
Es wird angenommen, dass ein Anstieg von ungefähr 10 bis 15% oder noch mehr Festigkeit im Falle der erfindungsgemäss hergestellten Stränge in Übereinstimmung steht mit der ungewöhnlich gleichförmigen Verteilung der Bestandteile oder Komponenten und Verunreinigungen, die in dem erfindungsgemässen neuen Produkt festzustellen ist. Im Falle dieser Versuche wurde des weiteren festgestellt, dass die neuen gegossenen Stränge eine grössere prozentuale Dehnung und eine grössere proportionale Grenze in kg/cm2 aufwiesen als die nach dem Stande der Technik hergestellten Stränge. Verwiesen wird auf die folgenden Ergebnisse: It is believed that an increase of approximately 10 to 15% or more strength in the strands made in accordance with the present invention is consistent with the unusually uniform distribution of the constituents or components and contaminants found in the new product of the present invention. In the case of these tests, it was also found that the new cast strands had a greater percentage elongation and a larger proportional limit in kg / cm 2 than the strands produced according to the prior art. Reference is made to the following results:
Testprobe Zugfestigkeit % Dehnung Proportionale Test specimen tensile strength% elongation proportional
in kg/cm2 in kg / cm2
Grenze kg/cm: Limit kg / cm:
1 1
7522 7522
10 10th
4501 4501
2 2nd
7733 7733
13 13
5019 5019
3 3rd
7592 7592
16 16
5040 5040
4 4th
6611 6611
8 8th
4340 4340
5 5
6541 6541
8 8th
4046 4046
Neuer Strang New strand
Strang nach Stand der Technik State of the art strand
Aus Fig. 8 ergibt sich die Intensität der charakteristischen Mangan-X-Strahlen längs einer willkürlichen Linie von etwa 800 Mikron in der Länge innerhalb eines Prüflings eines Stahlstranges, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen wurde. Es ergibt sich, dass der Intensitätsgrad relativ konstant ist über die Linie, die mit 100% markiert ist, die einer Basiskonzentration von 0,98% Mangan entspricht und die ebenfalls einem absoluten Wert 8 shows the intensity of the characteristic manganese X-rays along an arbitrary line of approximately 800 microns in length within a test piece of a steel strand cast according to the method of the present invention. It follows that the degree of intensity is relatively constant over the line marked with 100%, which corresponds to a base concentration of 0.98% manganese and which is also an absolute value
15 15
20 20th
25 25th
von ungefähr 11 Einheiten bei der graphischen Ablehnung des Elektronen-Mikroprobenanalysiergerätes entspricht. Es tritt lediglich eine bemerkenswerte Veränderung auf, gemessen bei etwa 173% des Basisniveaus, d.h. äquivalent einer lokalen Konzentration von etwa 1,69% Mangan. of approximately 11 units in the graphical rejection of the electron micro sample analyzer. There is only a remarkable change, measured at approximately 173% of the base level, i.e. equivalent to a local concentration of about 1.69% manganese.
Aus Fig. 9 ergibt sich die Mangan-X-Strahlenintensität eines Prüflings, der nach dem kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde. Zu bemerken ist, dass der Intensitätsgrad viele Spitzen aufweist, die kleinen Bezirken von ausgeschiedenem Mangan entsprechen. Hier wurde ein absoluter Wert von ungefähr 12 Einheiten auf der Streifenkarte aus der Elektronen-Mikroprobeneinheit festgestellt und für die 100%-Linie verwendet. Der durchschnittliche Wert der besonders wichtigen Spitzen beträgt etwa 320% des Basisniveaus, und die maximale Abweichung des Mangangehaltes, die beobachtet wurde, lag über 400%, wie sich aus den folgenden Werten ergibt: 9 shows the manganese X-ray intensity of a test specimen which was cast using the continuous method of the prior art. Note that the level of intensity has many peaks that correspond to small areas of manganese excreted. Here, an absolute value of about 12 units was found on the streak map from the electron micro-sample unit and used for the 100% line. The average value of the particularly important peaks is about 320% of the base level, and the maximum deviation of the manganese content observed was over 400%, as can be seen from the following values:
Spitze top
% Basis-Niveau % Base level
Nr. 1 number 1
2 2nd
3 3rd
4 4th
5 5
6 6
396% 227% 292% 404% 262% 335% 396% 227% 292% 404% 262% 335%
30 30th
35 35
40 40
45 45
Es wurde gefunden, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erzielt werden, wenn der Mangangehalt des Stahles bei etwa 0,30 bis 1,20 Gew.-% liegt. It has been found that particularly advantageous results are achieved when the manganese content of the steel is approximately 0.30 to 1.20% by weight.
Die Erfindung wurde anhand von bevorzugter Ausgestaltungen näher beschrieben. Dabei ist selbstverständlich, dass Abweichungen und Modifizierungen innerhalb des Erfindungsbereiches durchgeführt werden können. Beispielsweise wurden im vorstehenden nur einige repräsentative Proben von einer unbegrenzten Anzahl von Stahlzusammensetzungen angegeben, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen werden können. Dies bedeutet, dass nach dem Verfahren der Erfindung auch Stahlstränge mit anderen als den angegebenen Konzentrationen und Bestandteilen und Verunreinigungen hergestellt werden können, unter Erzielung entsprechender, proportioneil verbesserter Ergebnisse. The invention has been described in more detail with reference to preferred configurations. It goes without saying that deviations and modifications can be carried out within the scope of the invention. For example, only a few representative samples of an unlimited number of steel compositions that can be cast by the method of the present invention have been given above. This means that the method of the invention can also be used to produce steel strands with concentrations and constituents and impurities other than those specified, with the achievement of corresponding, proportionally improved results.
s s
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