DD143221A5 - Kontinuierlich gegossener stahlstrang und verfahren zur herstellung - Google Patents

Description

.Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft das Stranggießen von Stahl und vor allem Verfahren und Anlagen für die Herstellung fortlaufender Längen von Stahlsträngen mit verbesserten Eigenschaften.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bei den üblichen Verfahren für das Stranggießen von Metallen wie Stahl wird das flüssige Metall in eine offene vertikale Gießform gegossen. Durch die Gießform wird die Peripherie des Metalles abgeschreckt, so daß eine feste Haut oder Hülle an der Formwandung zur Bildung eines Stranges entsteht, der kontinuierlich von der Unterseite der Gießform abgezogen wird, während flüssiges Metall kontinuierlich oben in die Gießform eingegossen wird. Die Geschwindigkeit, mit der das gegossene Metall von der Gießform abgezogen wird, ist so eingestellt, dai3 sie dem Volumen des in die Gießform gegossenen flüssigen Metalls gleich ist. Hach dem Austritt aus der Gießform wird der heiße Strang gekühlt, zum Beispiel durch auf den halbfesten Strang gerichtete Wasserstrahlen, damit ein vollständig verfestigter Strang entsteht. Das Kühlen, das für den Strang nach seinem Austreten aus der Gießform angewandt wird, ist im Fachgebiet als Sekundärkühlung bekannt und reicht aus, um die vollkommene Verfestigung des Stranges vor jeder anschließenden Bearbeitung zu erreichen.

Bei den meisten Stranggußanlagen verläuft die Achse der Gießform vertikal und tritt der Strang vertikal nach unten aus ihr aus. Nach der endgültigen Verfestigung des Stranges werden Stücke in der vorgesehenen Länge von dem sich bewegenden Strang abgeschnitten. Da der Strang vor dem Schneiden vollkommen erstarrt sein muß, waren die Gießgeschwindigkeiten durch die Berücksichtigung der vertikalen Höhe begrenzt. Das heißt, die Gießgeschwindigkei-

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ten mußten begrenzt werden, damit die vollständige Verfestigung innerhalb annehmbarer vertikaler Dimensionen zwischen der Gießform und der Schneidestation erfolgen konnte. Andernfalls wurden die Konstruktionskosten für die Anlage übermäßig hoch sein.

Beim Gießen von Stahl waren diese Probleme wegen der hohen Temperatur des flüssigen Stahls und der langen, für die vollkommene Verfestigung des Stranges erforderlichen Zeit besonders schwerwiegend. Beispielsweise ist in typischen Anlagen für das kontinuierliche Gießen von Stahl eine Strecke von siebenundzwanzig Fuß zwischen der Gießform und der Schneidestation nichts Ungewöhnliches, und selbst diese Strecke macht eine Beschränkung der Gießgeschwindigkeit unter die theoretisch mögliche erforderlich.

Zur Verringerung der vertikalen Höhenbedingungen wurde vorgeschlagen, den Strang in einer vertikal angeordneten Gießform zu gießen, den austretenden Strang dann in einer vertikal verlaufenden sekundären Kühlzone zu kühlen, in der das Gußstück durch Walzen gehalten wird. Der Strang wird anschließend durch Paare von Preßwalzen zur Horizontalen gebogen. Bei derartigen Anlagen wird der Strang in einem Winkel von annähernd 90° so gebogen, daß der gebogene Strang tangential zur Horizontalen verläuft. Am I'angentialpunkt wird der Strang aurückgebogen und durch Paare von Preßwalzen gerichtet und anschließend horizontal zur Schneidestation geführt. Dadurch kann die Höhe der Maschine etwas verringert werden, aber es stellt keine zufriedenstellende Lösung des Problems dar, da ein Megebogen mit verhältnismäßig langem Radius erforderlich ist. Selbst bei einem großen Radius bestehen immer noch Schwierigkeiten beim Biegen und dann Zurückbiegen des erstarrten Gußstückes, ohne daß es dabei zu Rißbildung oder anderweitigen Beschädigungen des Gußstückes kommt«

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Eine weitere Verringerung der Höhe und der Gesamtlänge von Gießmaschinen war dadurch möglich, daß man den uießformhohlraum gebogen ausführte, so daß der Strang in gekrümmtem, der gebogenen Bahn entsprechendem Zustand aus der Gießform austritt. Gießformen mit gekrümmten Hohlräumen erwiesen sich jedoch als nicht zufriedenstellend. Gießformhohlräume werden normalerweise mit Auskleidungen aus Kupfer wegen dessen guter Y/ärmeleitfähigkeitseigenschaf ten versehen. Die gekrümmten Gießformauskleidungen aus Kupfer verursachen höhere Herstellung- und Wartungskosten als gerade Kupfer aus k.leidungen für gerade Gießfornihohlräume. Außerdem ist die genaue Ausrichtung einer Gießform mit einem gekrümmten Hohlraum viel schwieriger als die einer Gießform mit geradem Hohlraum. Allerdings muß ein in geradem Zustand aus einem geraden Gießformhohlraum austretender Strang dann in die gekrümmte Bahn gebogen werden, und dieser Biegevorgang macht zusätzlichen vertikalen Raum erforderlich, im Vergleich zu dem vertikalen Platzbedarf für Maschinen mit gekrümmten Gießformhohlräumen. In bekannten Gießmaschinen rechtfertigen somit die Vorteile, die sich durch das Führen des Stranges in einer gekrümmten Bahn von der Gießform weg ergeben, die weitere Anwendung gekrümmter Bahnen, aber diese Vorteile werden durch die oben beschriebenen Probleme bei den Gießformen geschmälert.

Außer den Bemühungen, den für das Stranggießen benötigten vertikalen Raum zu verringern, gab es das ständige Bestreben, die Gießgeschwindigkeit zu erhöhen. Bekanntlich wird durch die ständige relative Bewegung zwischen Gußstück und Gießform Wärme von dem erstarrenden Gußstück an die Gießformwandung übertragen und dadurch die Gießgeschwindigkeit verringert. Bis heute wurde die bemerkenswerteste Steigerung durch leichtes Schwingen der Gießform in Gießriohtung erzielt,· wie in der US-PS 2.135.183 offenbart wird. Beim Gießen von Stahl beträgt das übliche Ausmaß für das Schwingen der Gießform etwa 1/10.bis 1/30 der Gießformlänge-, beispielsweise 1/16 bis 2 Zoll. Bei bekannten Konstruktionen werden Gießformen mit gekrümmten Gieß-

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formhohlräumen in einem Bogen geschwungen, der der Krümmung der Bahn entspricht, auf der der Strang von der Gießform weggeführt wird. Wenn jedoch eine Gießform mit geradem Hohlraum verwendet wird, muß der Strang, um die oben genannten, bei gekrümmten Gießformdurchgängen auftretenden Schwierigkeiten auszuschließen, von der Gießform in einer geraden vertikalen Linie so weit weggeführt werden, daß ein Scheuern der Unterkante der Gießform an einem Teil des Gußstückes an der Innenseite der gebogenen Bahn ausgeschlossen ist. Dafür muß aber der erforderliche vertikale Raum vergrößert werden. Außerdem haben Untersuchungen ergeben, daß ein mit höheren Gießgeschvvindigkeiten in einem geraden Gießformhohlraum gegossener Strang, der anschließend in Übereinstimmung mit einer gekrümmten Bahn von der Gießform her gebogen wird, die Neigung zur Entwicklung von inneren Fehlern und Oberflächenrissen zeigt.

Ein weit ernsteres Problem, das sowohl bei geraden als auch bei gekrümmten Gießformhohlräumen auftritt, ergibt sich als direkte Folge erhöhter Gießgeschwindigkeiten, und zwar das Problem zufriedenstellende Überflächenkennwerte zu erzielen.

Ein allgemeines Merkmal von Gußstücken, die mit Hilfe einer schwingenden Gießform hergestellt wurden, ist das Auftreten von Schwingüngsmarkierungen oder Ringen, die um das Gußstück herum in dessen Oberfläche zu finden sind. Infolge der Reibung' zwischen dem sich vorschiebenden Gußstrang und der schwingenden Gießformoberfläche wirken axiale Spannungen auf die dünne erstarrende Metallhülle ein. Durch diese V/echselspannungen können Oberflächenrisse oder andere Fehler in Abständen an der Länge des Gui3stückes, gewöhnlich in Form von Ringen, die um den gesamten Umfang des Gußstückes verlaufen,·auftreten. Diese Ringe sind in Abständen anzutreffen, die dem Gesamtvorschub des Gußstückes zwischen aufeinanderfolgenden Takten der Gießform gleich sind. Das bedeutet, wenn der Gecamtvorschub

des Gußstückes zwischen dem Beginn eines Zurückziehfcaktes der Gießform und dem Beginn des nächsten darauf folgenden Zurückziehtaktee 2 Zoll beträgt, dann werden die Ringe in Abständen von zwei Zoll zu finden sein. Weiterhin variiert die Breite der Ringe, d.h. der Längenabstand am Gußstück, in dem diese Fehler festzustellen sind, je nach den Bedingungen des Gießvorganges. Bei extremer Sorgfalt und Arbeiten mit geringer Gießgeschvvindigkeit können diese Einflüsse weitgehend reduziert werden, aber im allgemeinen steht die Breite der Ringe mit der Dauer des Zurückziehtaktes der Gießform in Beziehung. Das heißt, wenn für das Zurückziehen ein Viertel der Zeit eines vollständigen Zyklus gebraucht wird, werden die Ringe.so gebildet werden, daß sie mindestens ein Viertel der Oberfläche des Hohlraumes umfassen.

Diese Ringe sind durch eine aufgerauhte Außenfläche gekennzeichnet, häufig in Verbindung mit überflächenrißbildung und oftmals durch das Auftreten von "Ausbluten", d.h. das Austreten von flüssigem Metall durch eine Verletzung in der vorher modifizierten Haut des Gußstückes mit anschließender Erstarrung des ausgetretenen Metalls. Das Kristallgefüge des unmittelbar unter den Ringen liegenden Metalls ist gleichfalls unregelmäßig und gestört.

Bei Nichteisenmetallen waren diese Auswirkungen unerwünscht, aber nicht zu schwerwiegend. In vielen Fällen konnten die Gußstücke trotz der Überflächenfehler gewalzt, stranggepreßt oder anderweitig ohne Schwierigkeiten verarbeitet werden. In anderen Fällen genügte ein leichtes Schälen oder eine andere Überflächenbehandlung, um alle störenden Überflächenfehler zu beseitigen. Bei Stahl können jedoch derartige Oberflächenfehler nicht toleriert werden, und ist es v.'irschaftlich auch nicht tragbar, die Fehler durch Schälen zn beseitigen. Außerdem verlangen die wirtschaftlichen Erwägungen beim Stranggießen von Stahl eine viel höhere Gießgeschvvindigkeit als sie bei Nicht-

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eisenmetallen üblich oder erstrebenswert ist, und man hat festgestellt, daß die erhöhte Gießgeschwindigkeit der Schwierigkeiten noch erheblich vergrößert, ^o ist beim Gießen von Nichteisenmetallen eine Gießgesehwindigkeit von dreißig bis sechzig Zoll pro Minute gevjöhnlich ausreichend, und bei diesen Geschwindigkeiten sind die Oberflächenfehler bei Nichteisenmetallen tolerierbar. Im Gegensatz dazu sind beim Gießen von Stahl Gießgeschwindigkeiten bis zu zweihundert Zoll pro Minute bereits beim Jungshans-Prozeß erzielt worden. Dieser Erfolg wird aber durch die Tatsache gedämpft, daß diese Geschwindigkeiten die Oberflächenfehler innerhalb der Ringflächen oftmals ganz besonders schlimm.sind. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringen ist die Oberfläche gewöhnlich in Ordnung und das innere Krietallgefüge annehmbar, ^!

Theoretisch gesehen wäre daher die ideale Gestalt einer Gießform für das Stranggießen eine gekrümmte mit weit ausgedehnter Länge, aber da das aus praktischen Erwägungen nicht möglich ist, wurden andere Maßnahmen ergriffen. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, endlose Stützen, wie umlaufende Trommeln, Räder oder dergleichen oder endlose laufende Bänder oder Reihen von Gießformprofilen zu verwenden, die sich vereinigen, um am Beginn des Erstarrungsprozesses eine Gießform zu bilden, und sich bei dessen Beendigung trennen, um das verfestigte Metall freizugeben. Da die Oberfläche derartiger beweglicher Stützen in bezug auf das Metall während des Erstarrungsprozesses stationär gehalten werden können, ergeben sich für die Verfestigung des Metalls gute Bedingungen, auch hinsichtlich eines guten KristalIgefüges und glatter Oberflächenmerkmale. Wenn auch derartige Methoden einige theoretische Vorteile bieten» so waren die Erfahrungen mit ihnen in der Praxis enttäuschend. Kon— struktions- und Betriebsschwierigkeiten haben für den praktischen erfolgreichen Betrieb so viele Hindernisse geschaffen, daß solche Methoden beim eigentlichen großtechnischen Einsatz nur wenig oder gar keinen Erfolg brachten.

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Daher wurde bisher die Verwendung von schwingenden Gießformen mit gekrümmten Hohlräumen ala die erfolgreichste Anordnung für die Verringerung der Anlagenhöhe und für die Erhöhung der Gießgeschwindigkeit angesehen, trotz der sich durch das Schwingen der oben beschriebenen gekrümmten Gießformauskleidungen ergebenden Probleme.

Horizontale Gießformen wurden bisher für das Stranggießen von Aluminium und einiger anderer Nichteisenmetalle in Maschinen verwendet, in denen das flüssige Metall durch eine feuerfeste, eich durch die Stirnwand der Gießform erstreckende Gießschnauze in eine horizontale Gießform eingegossen wird* Beim Gießen von Aluminium wird die Gießschnauze durch das flüssige Metall nicht durchfeuchtet, sondern sie bleibt im Verlaufe des Gießens frei. Beim Gießen von Stahl dagegen, und vor allem beim vorgesehenen Einsatz einer schwingenden Gießform, kann dieser Typ einer horizontalen Gießform mit einer feuerfesten Gießschnauze nicht verwendet werden. Ss wurde festgestellt, daß der Stahl die Schnauze durchfeuchtet und um die Schnauze herum erstarrt. Der erstarrte Stahl baut nacn und nach eine falsche, sich längs in der Gießform erstreckende Rinne auf, was schließlich zu einem Ausbrechen von flüssigem Metall am Auotrittsende der Gießform führt.

Außerdem ist bekannt, daß der Erstarrungsprozeß und somit das entstehende Produkt sehr stark von der Stelle und der Richtung des einströmenden flüssigen Metallstromes abhängig sind.

Bei einer horizontalen Gießform ist es gewöhnlich erforderlich, daß ein horizontal einströmender Metallstrom auf Metall trifft, das bereits an der Gießformwandung zu erstarren beginnt. Dadurch wird das erstarrende Metall wieder geschmolzen, wodurch es oftmals zum Ausbluten von flüssigem Metall zur Außenseite des Gußstücken kommt. Xienn. die Geschwindigkeit des einfließen-

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den Metalls hoch ist oder so ist, daß in der flussigen Metallmasse Turbulenz entsteht, dann können Gasblasen und Oxidteilchen, Schlacke oder Schmutz, die auf der Oberfläche des flüssigen Metalls schwimmen, festgehalten werden, wodurch Locher und Einschlüsse in dem Gußstück entstehen, die manchmal sogar zu starker Porosität oder Lunkerbildung .in dem Gußstück führen. Und schließlich zeigt ein horizontal erstarrter Strang infolge der .Schwerkraftwirkungen innere Abweichungen im Profil. Beispielsweise zeigen eingeschlossene Gase und leichte Teilchen die Neigung, nach oben zur Oberseite des Stranges zu schwimmen. So kann die Mitte des Stranges einwandfrei sein, aber eine Zone von Porosität oder mit Einschlüssen nahe der Strangkante vorhanden sein. Diese Verteilung von Fehlern außerhalb der Mitte ist oftmals schwerwiegender als Mittenfehler, da sie unvorhersagbare Abweichungen bei der anschließenden Verarbeitung, z.B. dem Warmwalzen zu Draht, ergeben. Folglich ist man bestrebt, die Masse des flüssigen Metalls an der Oberseite freiliegend oder offen zu halten, damit die eingeschlossenen Gase und anderen Verunreinigungen nicht in dem erstarrenden Strang festgehalten werden können oder wenigstens auf die Mitte beschränkt bleiben, wo sie weniger schädlich sind.

Wenn ein Stranggußstück mit rechteckigem Querschnitt anfangs in einer typischen horizontalen Gießform erstarrt, sind die größere Oberseite und Unterseite zwangsläufig einer stärkeren Abkühlung ausgesetzt, -^urch die dadurch entstehenden Schrumpfungseffekte werden diese Oberflachen, vor allem die Oberseite, von den Gießfonswandungen weggezogen, ehe sie sich sehr weit von der flüssigen Masse wegbewegt haben, wodurch das anfängliche rasche '.Abkühlen verlangsamt wird. Da die verschiedenen Kanten und Flächen nicht alle gleichmäßig schrumpfen, sind die Kühlgeschwindigkeiten und somit die Temperaturen, Spannungen und Dicken der erstarrten Hülle bei den einzelnen Flachen unterschiedlich· Diese Nachteile werden bei höheren Gießgeschwindigkeiten noch ausgeprägter, und beim weiteren Durchlaufen des Gußstückes durch die Gießform zeigen sich beim Austreten aus

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der Gießform helle und dunkle Bereiche an dem Knüppel. Die hellen Stellen deuten oftmals auf Bereiche hoher Temperatur hin, an denen die bereits erstarrte Hülle wieder geschmolzen werden kann. Das erneute Schmelzen tritt infolge Wärmeübertragung von dem noch heißen Inneren des Stranges auf. An diesen schwachen Stellen wenden durch die in der erstarrten Hülle vorhandenen Spannungen Risse erzeugt, die zu Ausbrechen oder anderen Oberflächenfehlern führen können.

Die ungleichmäßigen Spannungen haben aber noch eine andere unerwünschte Wirkung, und zwar führen sie zu einer Art geometrischem Verziehen des Gußßtranges, das als rhombenförmigeο Verziehen bekannt ist und bei der anschließenden Verarbeitung des Gußstückes ein Hindernis ist.

Ziel der Erfindung:

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anlage für das Stranggießen von Stahl zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung betrifft die Schaffung eines neuartigen kontinuierlich gegossenen Stahlstranges mit verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu bisher kontinuierlich gegossenen Stahlsträngen.

Es ist vor allem eine Aufgabe der Erfindung, ein viel schnelleres Verfahren für das Stranggießen eines Stahlstranges zur Verfugung zu stellen, der sich für das direkte Walzen zu einem Knetprodukt eignet.

Darlegung des V/esenn der Erfindung;

Zur Erläuterung dieser und noch anderer Aufgaben der Erfindung,

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die im Laufe der Beschreibung deutlicher erkennbar werden, bestehen die Hauptaspekte dieser Entwicklung im Gießen von Stahl in eine Gießform, die durch eine Randnut in einem umlaufenden Gießrad und ein Rand, das ein Stück der Nut abdichtet, gebildet wird.

In der Praxis ist es allgemein üblich, die Gießform vorzugsweise aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. einer Kupferlegierung, herzustellen und die Gießform durch direktes Aufsprühen von Kühlmittel auf die Gießform oder durch umlaufendes Kühlmittel, wie kaltes hindurchfließendes V/asser, abzuschrecken.

Die Gießforsnut kann je nach Bedarf verschiedene Querschnittsformen aufweisen, sie kann beispielsweise halbkreisförmig oder annähernd rechteckig sein. Ss hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine trapezförmige Querschnittsform mit kleinen (7 biß 14°) Freiwinkeln an den Seiten und mit einem Breite/Tiefe-Verhältnis von 1,5 : 1 oder größer zu wählen.

Beim Gießvorgang wird der flüssige Stahl in die Gießform gegossen und durch den Wärmeentzug durch die Gießformwandungen gleichmäßig abgeschreckt, so daß eine dünne peripherale Haut von erstarrtem Metall entsteht, die das darin befindliche flüssige Metall umgibt. Die Geschwindigkeit des Wärmeentzugs wird entsprechend der Gießgeschwindigkeit durch Regulieren der Umlaufgeschwindigkeit des Kühlmittels für die Gießform oder anderweitig so geregelt, daß die Temperatur der Außenseite der peripheralen Haut des erstarrten Metalls beim Austritt aus der GieSform nicht über 2500 ⁰F liegt, aber auch nicht weniger als 2000 ^ÜF beträgt.

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Der austretende Strang wird dann auf einem stützenden Laufweg zur endgültigen Abkühlung zu einer im wesentlichen horizontalen Kühlzone transportiert. Der stützende Laufweg kann aus einer Reihe von Elementen bestehen, deren Oberflächen den Strang berühren und tragen. In den Elementen können Vorrichtungen für den Vorschub des Stranges auf seinem Weg zur nächsten ProzeSstation vorhanden sein. Der Gußstrang läuft auf einer Bahn mit fortlaufend großer werdendem Radius bis er geradlinig wird.

Ein anderer wichtiger Unterschied besteht darin, daß durch die Erfindung die Regulierung der Wärmeübergangsgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Erstarrungsprozeß erfolgt. Da das flüssige Metall z.B. kontinuierlich in eine relativ große kalte Radstruktur geleitet wird, wirkt das Rad als V/ärmesenke. Die Wärmeübergangsgeschwindigkeit ist sehr hoch, was zur raschen Abkühlung führt, so daS eine relativ dicke erkaltete Schicht im gegossenen Produkt entsteht, während die Wärmeübergangsgeschwindigkeit später geringer wird, wodurch die Erstarrungsfront einwandfrei wachsen kann.

Die entstandene fortlaufende Länge des Gußstranges hat bessere Oberflächen- und innere Eigenschaften als Stahlstränge, die nach dem bisherigen Stand der Technik gegossen wurden. Beispielsweise sind auf der Oberfläche keine Überlappungen oder Grate vorhanden, wie sie normalerweise in Verbindung mit Schwingungsmarkierungen auftreten. Außerdem hat infolge des einzigartigen Gießprozesses der verlängerten Gießform und der hohen Gießgeschwindigkeit der Strang im gegossenen Zustand eine dünnere Oxidschicht auf der Oberfläche als es bei bioher gegossenen Strängen der Fall war.

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Ausführungebejsp iel;

Die Erfindung wird anschließend ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen darstellen: .

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer für die Durchführung der Erfindung geeigneten Anlage zeigt, wobei die Anlage aus einer Gießmaschine mit einem umlaufenden Gießrad, in dem sich eine Randnut befindet, und einem endlosen Band, das ein Stück der Nut abdichtet, besteht;

Fig. 2 bis 11 Histrοgramme der Eigenschaften des neuartigen Gußstahlproduktes und der Eigenschaften eines anderen Gußstahlproduktes, daß nach einem dein bisherigen Stand der Technik entsprechenden Verfahren gegossen wurde.

Wenn auch diese Figuren und die folgende ausführliche Beschreibung eine Ausführungsform der Erfindung offenbaren, so ist damit nicht gemeint, daß die Erfindung auf die hier dargelegten Einzelheiten beschränkt wäre, denn sie kann in anderen gleichwertigen Formen₉ ohne vom erfindungsgemäßen Konzept abzuweichen, verkörpert werden.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile in allen Ansichten bezeichnen, zeigt Fig. 1 ein Gießrad 10 mit einem Radius von vier Fuß und einer in seinem Umfang befindlichen Hut und einem endlosen flexiblen Band oder Riemen 11., das mit Hilfe von Bandhalterädern 12, .13 und 14 an einem Teil ihres Umfanges anliegt. Das Bandhalterad 12 befindet sich in der Mhe der Stelle am Gießrad 10, an der flüssiger Stahl durch einen Gie3topf oder eine Gießkanne 16 in eine Gießform M, die von dem Band 11 und einer um das Gießrad 10 verlaufenden Randnut G gebildet wird, gegossen wird. Das Bandhalterad 14 befindet

sich an der Stelle des Gießrades 10, an der teilweise erstarrtes Metall vom Gießrad 10 abgezogen wird. Die Außenflächen des Gießrades und des Bandes werden kontinuierlich durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, und zwar durch Kühlmittelstrahlen aus den Düsen S1 am inneren Abschnitt der Randnut, wobei die (nicht gezeigten) Düsen von den Falltanks S2, S3 und S4 bis etwa zum äußeren Abschnitt der Randnut reichen. Jede Düse kann einzeln auf ein veränderliches, von ihr versprühtes Flüssigkeitsvolumen eingestellt werden, und die Leitungen, die die Kühlflüssigkeit zu den Düsen führen, werden durch Kegelventile für den Beginn des Kühlmittelstromes und dessen Beendigung sowie für die Veränderung der Menge des KUhlmittelstromes reguliert.

Über dem Bandhalterad 14 und über dieses hinausreichend befindet sich ein ausgedehnter Biegeabschnitt 18, der zum Richten des vorn Gießrad 10 abgezogenen gegossenen Stahlstranges dient. Im Biegeabschnitt 18 befinden sich zahlreiche von einem (nicht gezeigten) Rahmen getragene Stützwalzen 19. Bin Kühlmittelfalltank 21 zum Nachkühlen ist über und neben dem Bandhalterad 14 angebracht und liefert einen direkten Kühlmittelstrom zu dem aus der gebogenen Gießform austretenden Gußstrang.

Die Stützwalzen 19 können angetrieben v/erden oder nicht angetrieben sein, aber es ist vorgesehen, daß in den meisten Fällen zuminä est einige der Stützwalzen zur Unterstützung beim Richten des Gußstranges angetrieben werden. Seitliche (nicht gezeigte) Führungsrollen können gleichfalls an den gegenüberliegenden Seiten des Laufweges P angebracht werden, um den Strang in seiner Bahn zu halten.

Beim Betrieb der Anlage wird flüssiger Stahl von der Gießwanne 16 durch ihre nach unten gerichtete Schnauze I6a in die Randnut G des Gießrades 10 gegossen* Das Ausgußende der Schnauze I6a befindet sich so dicht wie möglich am Anfang der gebogenen

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Gießform, damit der flüssige Stahl direkt aus dem Düsenausgang in die flüssige Stahlmasee in der gebogenen uießform fließen kann, per Stahlstrom und die Winkelgeschwindigkeit des Gießrades werden so gesteuert, daß der Stahl beim Eingießen in die gebogene Form so schnell von der Düsei6a fortbewegt wird wie der flüssige Stahl durch die Düse fließt, damit die Oberfläche der flüssigen Stahlmasse am Eingang der gebogenen Form auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Außerdem ist das Strömungsregelungssystem für die Leitungen, die Kühlmittelflüssigkeit zu den Düsen S1 und den Falltanks S2, S3 und S4 leiten, ebenfalls so eingestellt, daß es die erforderliche Menge Kühlmittel an das Band und das Gießrad liefert, um dadurch die Kühlgeschwindigkeit des flüssigen Metalls auf seinem Weg um die gebogene Gießform zu bestimmen. Durch das verhältnismäßig große Ausmaßides Gießrades 10 übt dieses die Punktion einer Wärmesenke aus, indem die Hitze, die von dem zuerst in die gebogene Gießform strömenden flüssigen Metall abgegeben wird, an das verhältnismäßig große Gießrad verteilt wird und die verhältnismäßig große Oberfläche des Gießrades durch die aus den Düsen der Anlage gelieferte Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Infolgedes-8 en findet ein großer Teil der raschen Abkühlung und Erstarrung des. flüssigen Metalls an den Oberflächen des Gießrades und des Bandes statt, und der fortlaufende Entzug von Wärme von dem teilweise gegossenen Strang durch das Gießrad, das Band und die Kühlflüssigkeit setzt die Erstarrung des flüssigen Metalls in einer Form fort, von der man annimmt, daß es eine fortlaufende und gleichmäßige Verfestigung von der Oberfläche des Gußstranges zur Mitte des Stranges hin ist.

Das Band 11 gelangt in Kontakt mit der Randnut G des Gießrades 10, wenn es sich von der Führungsrolle 12 abhebt, so daß das Band mit dem Gießrad 10 an einem oberen Abschnitt des Gießrades in Berührung kommt, und dann nach unten um den unteren Teil des Gießrades, dann nach oben läuft, bis es das Führungsrad 15 erreicht, worauf es von dem Gießrad weg geführt wird. Die durch die Randnut G und das Band 11 gebildete Gießform M ist eine

längliche gebogene Gießform, die sich ständig mit der Drehung des Gießrades 10 bewegt, und der in der bogenförmigen Gießform M gegossene Strang B entspricht der gebogenen Form der Gießform, bis er von der Gießform abgezogen wird. Der Kadius des Stranges B muß vergrößert werden, damit der Strang von der gebogenen Gießform abgezogen werden kann, und der Strang wird fortlaufend in einem ständig vergrößerten Radius gerichtet, wenn der Strang durch den ausgedehnten Biegeabschnitt 18 der Anlage läuft. Die Walzen 19 führen den Strang durch seine Aufbiege- oder Richtbahn über das Gießrad 10, und vorzugsweise . ist zumindest ein Paar der Führungswalzen 19 angetrieben, um den Strang B längs von dem Gießrad 10 abzuziehen. Die auf den Strang angewandten Ziehkräfte sowie die auf den Strang durch die unteren Führungswalzen 19, die sich unter dem Strang B befinden, einwirkenden Hebelkräfte haben die Aufgabe, den Strang zu stützen und zu richten. Durch das kontinuierliche Richten des Stranges auf seiner von dem Gießrad wegführenden Bahn entstehen erhebliche innere Spannungen in dem Strang. Die auf den Strang wirkende Spannung kann in ihrer Stärke durch Verringerung oder Erhöhung der Temperatur des Stranges bei seinem Durchgang durch den Biegeabschnitt 18 der Anlage erhöht oder verringertwerden. Außerdem kann die Temperatur des durch den Biegeabschnitt 18 gehenden Stranges durch Veränderung der Kühlmittelmenge, die mit Hilfe der Verteilerleitung 21 neben der Abzieheteile des Stranges von dem Gießrad aufgebracht wird, so verändert und geregelt werden, daß die inneren Spannungen des Stranges B während seines Durchganges durch den Biegeabschnitt 18 reguliert werden. Wenn der Strang zuerst das Gießrad verläßt, wird er viel stärker gebogen, und wenn der Strang dann weiter auf seinem Y/eg durch den Biegeabschnitt 18 läuft, wild er weniger stark gebogen. Der Falltank 21 liefert Kühlflüssigkeit an den Strang bei dessen Austritt aus der Gießform, damit der Strang vollkommen fest ist, bevor er das Niveau der flüssigen Metallmasse an der Düse 1ba erreicht. Dadurch ist sichergestellt, daß der innex*e Kern aus flüssigem Metall in dem Strang keinen Unterdruck erzeugen und dadurch ein Hohlraum in dem Strang entstehen kann. Auch die aus dem Falltank 21 zugeführte Kühlmittel-

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menge kann zur Regulierung der Temperatur des erstarrten Stranges beim Abzug aus der Gießform eingestellt werden, um dadurch die inneren Spannungen des Stranges zu steuern.

Infolge der ziemlich großen Länge der von dem Band 11 und der Randnut G des Gießrades 10 gebildeten gebogenen Gießform kann das Gießrad mit einer verhältnismäßig hohen Winkelgeschwindigkeit gedreht werden, und trotzdem die Verfestigung des flüssigen Metalls nach Wunsch, erzielt werden. In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Gießform M annähernd trapezförmig, wobei eine kleine Abmessung im inneren Abschnitt der Randnut liegt und eine große Abmessung an dem Band 11 liegt. Der mit Hilfe der Gießmaschine in dem erläuterten Beispiel gegossene Strang ist etwa 2 5/8 Zoll-an seiner breiten Stelle breit, 2 1/8 Zoll an seiner schmalen Stelle breit und 1 7/8 Zoll tief bei einem Radius von etwa 1/4 Zoll, der die kleinere Breite mit den beiden Seiten des Stranges verbindet. Stränge in anderen Größen und Formen können nach Bedarf gegossen werden.

Die relativ hohe Umlaufgeschwindigkeit des Gießrades führt dazu, daß der Strang B mit einer ziemlich hohen linearen Geschwindigkeit aus dem Gießrad austritt, so daß der Strang mit einer hohen Geschwindigkeit weiter zur nächsten Verarbeitungsstufe befördert wird, z.B. zu einem Walzwerk. Durch die rasche Bewegung des Stranges und die damit verbundene Tatsache, daß der Strang in einer relativ langen Gießform eingenchlossen war, wird die Möglichkeit, daß sich auf der Strangoberfläche eine Zunderschicht bildet, verringert.

Die Eigenschaften eines Gußstahlstranges, der in einem umlaufenden Gießrad des bei 10 in Fig. 1 gezeigten Typs gegossen worden war, wurden gemessen. Die Eigenschaften dieses Gußstahlstranges wurden mit den Eigenschaften eines Gußstranges verglichen, der mit Hilfe einer Stranggußmaschine mit einer gebe-

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genen, schwingenden Gießform erzeugt worden war. Die Eigenschaften des neuartigen Gußstahlstranges und des nach dem bisherigen Stand der Technik gegossenen Stranges werden in den i'ig. 2 bis 11 verglichen. Diese Figuren sind Histogramme der Eigenschaf ten dieser beiden gegossenen Stränge, wobei der bisherige Gußstrang in jeder Figur mit den Buchstaben "PA" bezeichnet wird.

Die Figuren 2 bis 8 stellen Histogramme des neuartigen Gußstahlstranges, und des dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Gußstahlstranges dar, wenn im Längsquerschnitt jedes Stranges gemessen wurde. Fig. 2 ist eine Messung der Dicke der erkalteten Schicht der beiden Stränge, woraus hervorgeht, daß der frühere Strang eine durchschnittliche Dicke der erkalteten Schicht von etwa 0,2 Millimeter hatte, wogegen der neuartige Gußstrang eine durchschnittliche Dicke der erkalteten Schicht von über 1,0 Millimeter hat.

Fig. 3 zeigt, daß der frühere Gußstahlstrang eine mittlere gleichachsige Korngröße in der erkalteten Schicht von etwa 0,4 Millimeter hatte, während die Korngröße bei dem neuartigen Gußstahlstrang bei etwa 0,35 Millimetern liegt.

Fig. 4 zeigt, daß der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere Stengelkörnerlänge von etwa 7,8 Millimetern hatte, während der neuartige Gußstahlstrang eine Stengelkörnerlänge von etwa 3>0 Millimetern hat.

Fig. 5 zeigt, da3 der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere Stengelkornerbreite von etwa 1,0 Millimeter hatte, wogegen der neuartige Gußstahlstrang eine durchschnittliche Stengelkörnerbreite von etwa 0,67 Millimetern hat.

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In Pig. 6 ist dargestellt, daß der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere Dendritenlänge von etwa 3_f8 Millimetern hatte, während der neuartige Gußstahlstrang eine durchschnittliche Dendritenlänge von 2,3 Millimetern hat.

Fig. 7 zeigt, daß der bisherige Gußstahlstrang einen mittleren Dendritenabstand von O,1 Millimeter hatte, während der neuartige Gußstahlstrang einen durchschnittlichen Dendritenabstand von etwa 0,18 Millimetern hat.

Fig. 8 stellt dar, daß der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere Sekundärarmlänge von 0,05 Millimetern hatte, während der neuartige Gußstahlstrang eine durchschnittliche iiekundärarmlänge von 0,12 Millimetern hat.

Fig. 9 ist ein Histogramm einer Messung, die an einem Längsschnitt der beiden gegossenen Stränge vorgenommen wurde und zeigt, daß der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere gleichachsige Korngröße in Längsrichtung des Stranges von 1,08 Millimetern hatte, während der neuartige Gußstahlstrang eine durchschnittliche gleichachsige Korngröße von 0,76 Millimetern hat»

Fig. 10 und 11 sind Histogramme von Messungen, die am kurzen Querschnitt der beiden Stränge vorgenommen wurden. Fig. 10 zeigt, daß der bisherige Gußstahlstrang eine Stengelkörnerlänge von 3»8 Millimetern hatte, wogegen der neuartige Gußstahlstrang eine durchschnittliche Stengelkornerlänge von 2,4 Millimetern hat.

Fig. 11 zeigt, daß der bisherige Gußstahlstrang eine mittlere Stengelkornerbreite von 1,1 Millimeter hatte, während der neuartige GuQstahlstrang eine durchschnittliche ßtengelkornerbreite von 0,8 Millimetern hat,

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Den Fachleuten dürfte klar sein, daS viele Abwandlungen von dem hier zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel möglich sind, ohne daß vom Geltungsbereich, wie er in den beigefügten Ansprüchen umrissen ist, abgewichen wird.

Claims (8)

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   Erfindungsansp r u c h

   1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl, gekennzeichnet durch die Schritte, daß flüssiger Stahl fortlaufend in einer bogenförmigen Gießform zu einem Strang mit in Längsrichtung gebogener Form gegossen wird, der gebogene Strang in seiner Längsrichtung aus der Gießform geschoben und der Strang fortlaufend beim Abziehen aus der Gießform gerichtet wird.

   2ο Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schritt des. fortlaufenden Gießens von flüssigem Stahl zu einem Strang folgende Schritte umfaßt: Bilden einer sich bewegenden bogenförmigen Gießform durch Drehen eines Gießrades mit einer Randnut um seine Mittelachse und Bewegen eines Bandes in seiner Längsrichtung in Kontakt mit der Randnut an einem oberen Teil des Gießrandes« Bewegen des Bandes mit dem Gießrad um den unteren Teil des Gießrades und Ab- ziehen des Bandes von dem Gießrad. Gießen flüssigen Stahls in die bogenförmige Gießform an der Stelle, an der das Band mit der Randnut in Kontakt kommt, und Kühlen des Bandes und des Gießrades mit Flüssigkeit, und dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte: Drehen des Gießrades und Kühlen des Gießradea so eingestellt sind, .daß der gegossene Strang vor seiner Entfernung aus der Gießform erstarrte

   Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Stahl zu einem einen annähernd trapezförmigen Querschnitt aufweisenden Strang mit einer in seiner Längsrichtung gebogenen Form mit einem Radius von etwa 4 Fuß in der bogenförmigen Gießform gegossen wird.

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   4« Gußstahlstrang, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3«
2. 5. Gußstahlstrang nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt Dendrite mit mittleren Längen von weniger als 2,5 mm und einen mittleren Dendritenabstand von über 0,1 min aufweist.
3. 6. Gußstahlstrang nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Längsschnitt gleichachsige Korngrößen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 0,8 mm aufweist.

   7» Gußstahlstrang nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß im kurzen Querschnitt eine mittlere Stengelkörnerlänge von weniger als 3»5 mm anzutreffen ist,
4. 8. Gußstahlstrang nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß er eine mittlere Dicke der abgeschreckten Schicht von über 0,2 mm hat.

   S. Gußstahlstrang nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß er eine mittlere Dicke der abgeschreckten Schicht von über 0,2 mm hat und daß die mittlere gleichachsige Korngröße in der abgeschreckten Schicht unter etwa 0,4 mm liegt« .
5. 10. Gußstahlstrang nach den Punkten 4 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß er einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt hat.
6. 11. Heues kontinuierlich gegossenes Metallprodukt, hergestellt nach dem alten Verfahren durch:

   a) Gießen von flüssigem Metall in eine geschlossene, durch eine Randnut in einem umlaufenden Gießrad und ein die Hut'über einen 'Teil ihrer Länge ab-

   dichtendes Band gebildete Gießform,

   b) Kühlen der Gießform, damit das flüssige Metall
   an den Gießformwandungen zu erstarren beginnt
   und eine Schicht von festem Metall um einen
   flüssigen Kern bildet,

   c) Kühlen des gegossenen Stranges durch direktes und indirektes Aufsprühen von Kühlflüssigkeit, wobei
   es sich bei dem neuen Produkt um ein Stahlprodukt handelt, gekennzeichnet dadurch, daß

   d) es aus einer Stahllegierung mit einem zwischen

   -- etwa 0,08 und 0,80 Gew_o% betragenden Kohlenstoffgehalt besteht, und

   e) eine mittlere gleichachsige Korngröße von weniger als 0,8 mm im Längsschnitt und eine mittlere Stengelkörnerlänge von weniger als 3»5 mm im kurzen
   Querschnitt hat.
7. 12. Produkt nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß

   f) es sich um Stahlstrangmaterial in Schmiedequalität mit ausreichender Oberflächengüte handelt,
   so daß der legierte Stahlgußstrang direkt ohne
   zusätzliche Oberflächenreinigung zu einem Knetprodukt warmgewalzt werden kann»

   13· Heue Verwendungsmöglichkeit der dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Gießeinrichtung, die für
   das Stranggießen mit folgenden Schritten eingesetzt
   wirdi

   a) Gießen von flüssigem Metall in eine geschlossene, durch eine Randnut in einem umlaufenden Gießrad

   und ein die Hut über einen Teil ihrer Länge ab- . dichtendes Band gebildete Gießform,

   b) Kühlen der Gießform, damit das flüssige Metall an den Gießformwandungen zu erstarren beginnt und eine Schicht von festem Metall um einen flüssigen Kern bildet,

   -"- 20 97 64

   c) Kühlen des Gießstranges durch direktes und indirektes Aufsprühen von Kühlmittel, wobei es sich bei dem neuen Verfahren.um ein Stahlgußverfahren handelt, gekennzeichnet dadurch, daß

   d) die Gießform für eine flüssige Stahllegierung mit einem zwischen 0,08 und 0,80 Gew.^ liegenden Kohlenstoffgehalt zur Verfügung gestellt wird,

   e) die flüssige Stahllegierung in die Gießform gegossen wird,

   f) die Gießform gekühlt wird, bis die Stahllegierung zumindest teilweise erstarrt ist,

   g) der Stahlgußatrang von der stützenden Gießform bei

   einer Temperatur von über etwa 2000 F und mit einer Geschwindigkeit von über 240 Zoll pro Minute abgezogen wird,

   h) das Abziehen in einer solchen Weise erfolgt, daß ein Gießstrang mit einer mittleren gleichachsigen Korngröße von weniger als 0,8 mm im Längsschnitt und einer mittleren Stengelkörnerlänge von weniger als 3,5 mm im kurzen Querschnitt gewonnen wird.

   14o Neues kontinuierliches gegossenes Metallprodukt, und zwar nach dem alten Verfahren durch:

   a) Gießen von flüssigem Metall in eine kontinuierlich vorrückende geschlossene Gießform, gebildet aus mindestens einer endlosen sich bewegenden Oberfläche in Verbindung mit anderen abdichtenden Oberflächen, so daß eine geschlossene Gießform entsteht,

   b) Kühlen der Gießform, damit das flüssige Metall an

   den Gießformwandungen zu erstarren beginnt und eine Schicht von festem Metall um einen flüssigen Kern bildet,

   c) Kühlen des gegossenen Stranges durch direktes und

   indirektes Aufsprühen von Kühlmittel, wobei es sich bei dem neuen Produkt um ein. Stahlprodukt handelt,

   -an- 2U 9 Λ 6 4

   gekennzeichnet dadurch, daß

   d) es eine Stahllegierung mit einem zwischen etwa 0,08 und 0,80 Gew.% liegenden Kohlenstoffgehalt handelt, und

   e) es eine mittlere gleichachsige Korngröße von we~ -- niger als 0,8 mm im Längsschnitt und eine mittlere Stengelkörnerlänge von unter 3,5 mm im kurzen Querschnitt aufweist_β

   15· Produkt nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß

   f) es sich um Stahlstranggußmaterial in Schmiedequa-".. lität mit ausreichender Oberflächengüte handelt, so daß der legierte Gußstahlstrang ohne zusätzliche Oberflächenreinigung sofort zu einem Knetprodukt warmgewalzt werden kann.
8. 16. Neue Verwendungsmöglichkeit der dem bisherigen Stand der Technik- entsprechenden Gießeinrichtungen, die für das Stranggießen mit folgenden Schritten eingesetzt wird:

   a) Gießen von flüssigem Metall in eine kontinuierlich vorrückende geschlossene Gießform, die durch mindestens eine endlose sich bewegende Oberfläche in Verbindung mit anderen abdichtenden Oberflächen zur Herstellung einer geschlossenen Gießform gebildet wird,

   b) Kühlen der Gießform, damit das flüssige Metall

   an den Gießformwandungen zu erstarren beginnt und eine Schicht von festem Metall um einen flüssigen Kern bildet,

   c) Kühlen des Gießstranges durch direktes und indi-. rektes Aufsprühen von Kühlmittel, wobei das neue Verfahren ein Stahlgußverfahren ist, gekennzeichnet dadurch, daß

   d) die Gießform für eine flüssige Stahllegierung mit ..: einem zwischen etwa 0,08 und 0,80 Gew.% liegenden

   -as- ZU y / 6 4

   Kohlenstoffgehalt zur Verfugung gestellt wird,

   e) die flüssige Stahllegierung in die Gießform gegossen wird, ·

   f) die Gießform so lange gekühlt wird, bis die Stahllegierung zumindest teilweise erstarrt ist,

   g) der Stahlgußstrang von der stützenden Gießform mit einer Temperatur von etwa 2000⁰F und einer Geschwindigkeit von über 240 Zoll pro Minute abgezogen wird,

   h) das Abziehen in einer solchen Weise erfolgt, daß der Gießstrang eine mittlere einachsige Korngröße unter 0,8 mm im Längsschnitt und eine mittlere Stengelkörnerlänge unter 3,5 mm im kurzen Querschnitt aufweist.

   HieraLjLSeiten Zeichnungen-