DE10138794A1

DE10138794A1 - Verfahren und Anlage zur Produktion von Flach- und Langprodukten

Info

Publication number: DE10138794A1
Application number: DE10138794A
Authority: DE
Inventors: Dirk Letzel; Thomas Fest; Adolf S Zajber
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-02-27
Also published as: ATE286792T1; WO2003013763A1; DE50202008D1; EP1414603A1; EP1414603B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von Flach- und/oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille (11), eine Strangführung (1) mit einer Auszieh- und Richtmaschine (2), eine Kühlstrecke (4) und eine Trenneinrichtung (3) für den Strang (6) sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofen (5). Zur Verbesserung der Oberfläche von Stahlsträngen wird die Positionierung der Kühlstrecke (4) stormabwärts hinter der Trenneinrichtung (3), bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Ausgleichsofens oder Vorwärmofen (5), vorgenommen. Die Erfindung betrifft auch die entsprechend ausgestaltete Produktionsanlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von Flach- und Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille, eine Strangführung mit einer Auszieh- und Richtmaschine, eine Kühlstrecke und eine Trenneinrichtung für den Strang, sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren der vorgenannten Art zur Oberflächenverbesserung von Stahlsträngen sind seit längerem bekannt. Hierüber berichtet u. a. eine Veröffentlichung in der Zeitschrift "FEATURE", August 1999, Seite 39, unter dem Titel: "Quenching for Improved Direct Hot Charging Quality". Darin ist beispielsweise ausgeführt, daß viele Stahlhersteller im Zusammenhang mit direkter Heiß-Chargierung bei aluminiumberuhigtem Stahl sowie bei Stahl-Legierungen Brüchigkeits-Probleme haben, und daß diese durch eine Präzisionskühlung der äußeren Schale des Stahlstrangs unmittelbar im Anschluß an den Gießprozeß gelöst werden können.

Die Ausscheidung von Aluminium-Nitrid ist ein Grund dieser Probleme wegen der schnellen Erhitzung bei direkter Heiß-Chargierung und beim Walzprozeß. Aluminium-Nitride finden sich in den meisten aluminium-beruhigten Stählen. Diese werden geformt und ausgeschieden an den austenitischen Korngrenzen, wenn der Stahl die Umwandlungsphase von Austenit zu Austenit plus Ferrit durchläuft.

Wenn der Gußstrang dann in einen Ofen zur Wiedererhitzung vor dem Walzen eingebracht wird, verbleiben die Ausscheidungen an den austenitischen Korngrenzen, auch wenn der Stahl einen Phasenwechsel zurück zu vollständigem Austenit vollzieht. Die Ausscheidung von Aluminium-Nitrid ruft weitere Probleme mit anderen Ausscheidungen hervor wie Kupfer, Vanadium, u. a., mit dem Ergebnis einer extrem bruchempfindlichen Mikrostruktur.

Zur Lösung der vorgenannten Probleme wird nach einer Lehre des Dokumentes EP 0 650 790 A1, folgendes vorgeschlagen:
Es wird eine thermische Behandlung von Stahl mit Erzielung einer feinkörnigen Oberfläche zur Vermeidung des schädlichen Einflusses von Verbindungen der Elemente Al; V; Nb (sog. Minimierung des "Hot Shortness" Effektes) vorgesehen. Für eine Minimierung von Oberflächenfehlern sollen Oberflächenspannungen abgebaut werden.

Weiterhin wird eine Oberflächentemperatur zwischen 400 und 900°C nach dem "natural tempering", d. h. eine Wiedererwärmung durch im Block enthaltene Restwärme angestrebt. Auch wird die Positionierung einer Quenchingbox unmittelbar nach der Auszieh- und Richtmaschine und vor der Trenneinrichtung vorgesehen.

Das Dokument DE 44 16 752 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Produktionsanlage zur Erzeugung von Warmbreitband. Die entsprechende Produktionsanlage besteht aus einer Stranggießanlage für Dünnbrammen zwischen 40 und 70 mm, einem Ausgleichsofen und einem Walzwerk, wobei die Austrittstemperatur der Dünnbramme aus der Stranggießmaschine oberhalb von 950°C liegt. Zwischen der Stranggießmaschine und dem Ausgleichsofen wird die Oberflächentemperatur der Bramme in ausreichender Tiefe so weit abgesenkt, daß sich eine Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit/Perlit einstellt. Die eingesetzte Kühlstrecke ist als Wasserkühlstrecke ausgeführt und besteht aus mehreren zu- und abschaltbaren Kühlbalken.

Vorzugsweise sieht das vorbekannte Verfahren vor, daß durch Wahl der Kühlintensität die Temperatur der Dünnbramme bis auf eine Tiefe von mindestens 2 mm unterhalb der Oberfläche auf unter 600°C abgesenkt wird. Die mittlere Oberflächentemperatur soll die Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte nicht unterschreiten. Die Abkühlzeit ist so gewählt, daß mindestens 70% Austenit in Ferrit/Perlit umgewandelt werden.

Das Dokument EP 0 587 150 A1 beschreibt ein Verfahren zur Wärmebehandlung stranggegossener Brammen oder Stahlblöcke, wodurch Oberflächen-Brüchigkeit effektiv vermieden werden kann. Insbesondere kann bei aluminium-beruhigten Stählen das Auftreten von Oberflächenrissen effektiv unterdrückt werden, selbst wenn die Stähle einen Anteil von 0,0080 bis 0,0300 Gewichtsprozent von Nitrogen, und/oder von 0,03 bis 0,25 Gewichtsprozent Blei enthalten. Das Verfahren umfaßt die Schritte:
Kühlen einer Stranggußbramme oder eines in einer Gießform erzeugten Stahlblocks, um die Oberflächen-Temperatur 50 bis 150°C höher als dessen Ar3- Umwandlungspunkt zu bringen, ferner die Bramme bzw. den Block derart zu kühlen, daß dessen Kern Rothitze besitzt, während die Oberfläche zu einer Bainit- Struktur umgewandelt wird, anschließend wird die Bramme bzw. der Block, Knüppel oder Vorprofil in einem Ofen erhitzt, gefolgt von einer Heiß-Formung.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenverbesserung von Stahlsträngen für alle Stranggießformate anzugeben, das Unabhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit bietet und das "natural-tempering" mit Kernwärme des Gießstranges vermeidet.

Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 1 vorgeschlagen, daß die Positionierung der Kühlstrecke stromabwärts hinter der Trenneinrichtung, bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Ausgleichsofens oder Vorwärmofens, vorgenommen wird.

Mit der Erfindung ergeben sich u. a. folgende Vorteile:

- die Möglichkeit einer Minimierung der schädlichen Cu-Einflüsse bei Einsatz minderwertigen, preiswerteren Schrottes, wobei auch die schädlichen Effekte der vorgenannten Elemente Al, V, Nb und Pb weitgehend unterdrückt werden,
- infolge der Positionierung hinter der Trenneinrichtung in unmittelbarer Nähe zum Vorwärmofen des Walzwerkes wird eine Wiedererwärmung der Oberfläche der Dünnbramme durch eigenen Wärmeinhalt (natural tempering) vermieden;
- bei der vorgeschlagenen Position der Quenchingeinrichtung kann durch Abschirmen des Stranges vor dem Quenchen ein gewisser Temperaturausgleich im Strang erzielt werden;
- der Weg von der Streckrichtmaschine bis zur Schere kann zur Temperaturhomogenisierung genutzt werden;
- ein wesentlicher Vorteil im Quenchen nach dem Trennen besteht in der Unabhängkeit von der Gießgeschwindigkeit. Zusätzlich zur Steuerung der Wassermenge und des Druckes ergibt sich hier die Möglichkeit einer Regelung der Strangtransportgeschwindigkeit.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich dadurch, daß in der Kühlstrecke die Oberflächenschicht des Stranges mittels energiereicher Hochdruck-Wassersprühstrahlen schockartig gekühlt und ein Wiederanlassen dieser Oberflächenschicht mittels Kernwärme des Stranges vorzugsweise durch fortgesetzt vergleichsweise geringe Kühlung verhindert wird.

Eine weitere Verfahrens-Ausgestaltung sieht vor, daß zur intensiven Abfuhr von Wärmemengen aus der Kühlstrecke diese mit einer Umhüllung umschlossen und daraus Dampf sowie Reste unverdampften Kühlwassers zwangsweise abgezogen werden.

Weiter sieht die Erfindung mit Vorteil vor, daß Wassermenge und Wasserdruck nach der aktuellen Strangtransportgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden. Infolge der Positionierung der Kühlstrecke stromabwärts hinter der Trennvorrichtung wird die Abhängigkeit der Kühlstrecke von der Geschwindigkeit des Gießprozesses aufgehoben.

Dabei sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die Strecke zwischen der Auszieh- und Richtmaschine und der Trennvorrichtung zur Homogenisierung der Temperatur unterschiedlicher Strangbereiche, z. B. an Kanten oder Flächen, genutzt wird.

Und schließlich sieht eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vor, daß die Kühlstrecke in einem Bereich der Strangführung mit möglichst hoher Temperatur des Stranges zwischen der Trennvorrichtung und dem Ausgleichsofen angeordnet wird.

Bei einer Anlage zur Produktion von Flach- oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille, eine Strangführung mit einer Auszieh- und Richtmaschine, eine Kühlstrecke und eine Trennvorrichtung für den Gußstrang sowie einen dieser nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofen, zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Ausgleichsofen in möglichst geringem Abstand hinter der Kühlstrecke und diese in möglichst geringem Abstand hinter der Trennvorrichtung angeordnet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit der nachstehenden Erläuterung eines in der Fig. 1 rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles verdeutlicht.

In dem Ausführungsbeispiel ist eine Kokille 11 zu sehen, welche zum Stranggießen eines Gußstranges 6 ausgebildet ist. Darunter befinden sich Segmente 12 bis 14 einer Strangführung 1 mit einer Vielzahl von Führungsrollen.

Die Auszieh- und Richtmaschine 2 sorgt für einen gleichmäßigen Auszug und Transport des Stranges 6. Dahinter ist in Transportrichtung die Trenneinrichtung 3 vorgesehen. Es kann sich dabei um eine Schere oder um eine Autogen- Trennschneidmaschine handeln. Diese ist in vergleichsweise dichtem Abstand hinter der Auszieh- und Richtmaschine 2 angeordnet.

In dichtem Abstand hinter der Trennvorrichtung 3 ist als besonderes Kennzeichen der Erfindung eine Kühlstrecke 4 angeordnet, die mit Wassersprühdüsen 7 ausgestattet ist und von einem Gehäuse 9 umschlossen ist.

An dem Gehäuse 9 ist eine Absaugeinrichtung 10 mit einem leistungsfähigen Exhaustor angeschlossen, welcher den beim Quenching entstehenden Dampf und die unverbrauchten Wassersprühteilchen absaugt und aus der Kühlstrecke 4 zwangsweise abzieht. Infolge der dichten Anordnung der Wassersprühdüsen 7 und ihres Betriebes mit Hochdruck-Wassersprühstrahlen, sowie unter dem Einfluß der Absaugvorrichtung 10 ergibt sich ein extrem hoher Wärmeaustausch zwischen dem durchlaufenden Strang 6 und dem angewendeten Kühlmittel. Dadurch wird eine Kühlung der Oberflächenschicht 8 erreicht, die bspw. mindestens 2 mm beträgt.

Dahinter ist in dichtem Abstand der Ausgleichsofen bzw. Vorwärmofen 5 angeordnet, worin durch externe Wärmezufuhr eine Rekristallisation des Gefüges in Richtung Perlit/Ferrit initiiert wird. Das für die Oberflächengüte des Gußstranges nachteilige "natural quenching" wird auf diese Weise vermieden. Liste der Bezugszeichen 1 Strangführung
2 Auszieh- und Richtmaschine
3 Trennvorrichtung
4 Kühlstrecke
5 Ausgleichsofen/Vorwärmofen
6 Strang
7 Wassersprühstrahlen
8 Oberflächenschicht des Stranges
9 Gehäuse
10 Exhaustor
11 Kokille
12 Strangführungssegment
13 Strangführungssegment
14 Strangführungssegment

Claims

1. Verfahren zur Produktion von Flach- und/oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille (11), eine Strangführung (1) mit einer Auszieh- und Richtmaschine (2), eine Kühlstrecke (4) und eine Trenneinrichtung (3) für den Strang (6), sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofens (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der Kühlstrecke (4) stromabwärts hinter der Trenneinrichtung (3), bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Ausgleichsofens oder Vorwärmofen (5), vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlstrecke (4) die Oberflächenschicht (8) des Stranges (6) mittels energiereicher Hochdruck-Wassersprühstrahlen (7) schockartig gekühlt und ein Wiederanlassen dieser Oberflächenschicht (8) mittels Kernwärme des Stranges (6) vorzugsweise durch fortgesetzt vergleichsweise geringe Kühlung verhindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur intensiven Abfuhr von Wärmemengen aus der Kühlstrecke (4) diese mit einer Umhüllung (9) umschlossen und daraus Dampf sowie Reste unverdampften Kühlwassers zwangsweise abgezogen werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wassermenge und -druck nach der aktuellen Strangtransportgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke zwischen der Auszieh- und Richtmaschine (2) und der Trennvorrichtung (3) zur Homogenisierung der Temperatur unterschiedlicher Strangbereiche, z. B. an Kanten oder Flächen, genutzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) in einem Bereich der Strangführung (1) mit möglichst hoher Temperatur des Stranges (6) zwischen der Trennvorrichtung (3) und dem Ausgleichsofen oder Vorwärmofen(5) angeordnet wird.

7. Anlage zur Produktion von Flach- oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille (11), eine Strangführung (1) mit einer Auszieh- und Richtmaschine (2), eine Kühlstrecke (4) und eine Trennvorrichtung (3) für den Gußstrang (6), sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofen (5), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsofen oder Vorwärmofen (5) in möglichst geringem Abstand hinter der Kühlstrecke (4), und diese in möglichst geringem Abstand hinter der Trennvorrichtung (3) angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) von einem Gehäuse (9) umschlossen ist, das mit einer Absaugvorrichtung (10), z. B. einem Exhaustor, in Verbindung steht.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) mit einer Vielzahl von Hochdruck- Wassersprühdüsen (7) ausgestattet ist, die den Gußstrang (6) allseitig umgeben.

10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszieh- und Richtmaschine (2), die Trennvorrichtung (3) und die Kühlstrecke (4) gemeinsam innerhalb einer ungeteilten Isolierhaube angeordnet sind.