DE19745547A1

DE19745547A1 - Verfahren und Anlage zum Stranggießen von Dünnbrammen

Info

Publication number: DE19745547A1
Application number: DE19745547A
Authority: DE
Inventors: Hatto Dr Rer Nat Jacobi; Lothar Dipl Ing Parschat
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 1999-06-02
Also published as: DE59703623D1; ZA979965B; AR009411A1; TW365554B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Dünnbrammen mit Gießgeschwindigkeiten größer 3 m/min in einer Stranggießanlage, bei der über einen Tauchausguß, der durch ein Absperrelement verschließbar ist, die Schmelze in eine Kokille geleitet wird, der eine mit Rollen ausgerüstete Strangführung nachgeschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Stranggießanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Unter dem ferrostatischen Druck des flüssigen Stahls kann es beim Stranggießen von Brammen zu einem Ausbauchen des Stranges kommen, d. h. nach dem Verlassen der Kokille erfährt die Strangschale eine Reihe von Ausbauch- und Walzverformungen, wobei das Ausbauchen jedoch durch die Stützrollen des der Kokille nachgeordneten Strangführungsgerüstes eingeschränkt wird.

Nach Stahl und Eisen 99 (1979), Nr. 19, Seite 1039-1050 ist bei einer bestehenden Brammengießanlage die Sekundärkühlung der einzige Parameter in Verbindung mit der Gießgeschwindigkeit, der sich einstellen läßt, um das Ausbauchen zu verringern. Es wird empfohlen, die Sekundärkühlung zu optimieren, um die innere Qualität des Stranges zu verbessern. Ein Hinweis auf den Einfluß der Ausbauchung auf den flüssigen Sumpf des Stranges ist diesem Artikel nicht entnehmbar.

In dem Fachbuch "Metallurgie des Stranggießens, Gießen und Erstarren von Stahl", Verlag Stahl und Eisen, 1992, wird darauf hingewiesen, daß zu starke Ausbauchungen Seigerungen und Innenrisse bewirken. Es wird aufgezeigt, daß Ausbauchungen im Betrieb an Stranggußmaschinen gemessen und theoretisch berechnet sowie an Biegemodellen untersucht wurden. Ziel der Untersuchung dieser mechanischen Verformungen sind deren Einfluß auf Oberflächenfehler und Innenrisse der auf Stranggießanlagen erzeugten Brammen.

Aus EP 0 041 498 ist eine Bogenstranggießanlage mit einer unterhalb der Kokille angeordneten Strangführung bekannt, die zwei einander gegenüberliegende Rollenbahnen aufweist, deren Rollen an Gerüstteilen montiert sind und der Abstand der einander gegenüberliegenden Gerüstteile und damit der Abstand der Rollenbahnen entsprechend einem einzustellenden Strangquerschnitt veränderbar ist. Hierzu wird mindestens eine der Rollenbahnen am Gerüstteil in Längsrichtung dieser Rollenbahnen versetzbar angeordnet und am Gerüstteil in unterschiedlichen Lagen fixiert. Durch den hier vorgeschlagenen Aufbau soll u. a. eine unzulässige Ausbauchung der Strangschale verhindert werden bei Einhaltung eines möglichst gleichen Abstandes der Endrollen benachbarter Gerüstteile. Diese Schrift befaßt sich also ausschließlich mit dem konstruktiven Aufbau einer Stranggießanlage.

Bei Stranggießanlagen wird üblicherweise die Schmelze über einen Tauchausguß in eine oszillierende Kokille geleitet. Die Zuflußmenge wird regelmäßig über einen am Eintritt des Tauchausgusses angeordneten Stopfen- oder Schieberverschluß eingestellt. Die Pegelhöhe der Schmelze in der Kokille wird meßtechnisch erfaßt und über eine EDV-gestützte Meß- und Regeleinrichtung zur Veränderung der Stopfen stellung im Verschluß verwendet, wodurch eine Auf- und Abbewegung der Badoberfläche ausgeglichen wird.

Mit keinem der aus den genannten Dokumenten bekannt gewordenen Gegenstände wird ein sogenanntes "Mold-Level-Hunting", also ein unkontrolliertes Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille mit Amplituden, die einen sicheren Gießbetrieb nicht mehr gewährleisten, verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Stranggießen von Dünnbrammen zu schaffen, durch das bzw. durch die aktiv ein unkontrolliertes Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille vermieden und darüber hinaus die Brammenqualität durch Verringerung der Mittenseigerung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und der auf die Stranggießanlage gerichteten Ansprüche 6 und 12 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß wird der Strangschale d. h. dem sogenannten Schalenkasten nach Verlassen der Kokille während ihres plastischen Verhaltens eine stationäre Wellenform eingeprägt und nach einer Übergangsphase während ihres elastischen Verhaltens eine instationäre wellenförmige Oberflächenform eingeprägt. Danach wird nach meßtechnischer Erfassung des Übergangs vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale im Bereich des elastischen Verhaltes in einer Weise so gestützt, daß die erzeugte Bramme bei minimaler Krafteinwirkung auf ihre Breitseiten durch die Strangführung geführt wird.

Die minimale Krafteinwirkung auf die obere und untere Breitseite der Strangschale einer Bramme, wird dadurch erzielt, daß im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale eine andere Anordnung der sich gegenüberliegenden Rollen gewählt wird als im plastischen Bereich der Strangschale. Hierdurch wird erreicht, daß nach der Übergangsphase der immer stärker sich verfestigende Strang sich durch die Strangführung schlängelt. Hierdurch wird vermieden, daß jeweils gleichzeitig auf der Ober- und Unterseite des Strangschalenkastens in die Strangschalen eingeprägte Ausbuchtungen oder Einbuchtungen gleichzeitig auf die sich stützenden Führungsrollen treffen. Ein gleichzeitiges Zusammendrücken von zwei Ausbuchtungen würde zu einem "Pumpen" und ein gleichzeitiges Auftreffen von zwei Einbuchtungen würde zu einem "Saugen" des vom Strangschalenkasten umhüllten Sumpfes führen. Da sich beim Gießen die einzige Öffnung des Strangschalenkastens in der Kokille befindet, wird dann dort der Gießspiegel zum Schwingen angeregt.

Die zur Vermeidung des Schwingens erforderliche Verschiebung der Rollen liegt dabei im Bereich einer Translation a mit einer Größe zwischen 0,1 bis 0,5 × I_R, wobei I_R die Rollenteilung in mm darstellt.

Die Änderung der oszillierenden Oberflächenstruktur der Strangschale durch Änderung der Abstützung durch die Strangführungsrollen wird nach dem Übergangsbereich vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale durchgeführt. Die Einstellung der Größe und der Position dieses Übergangsbereiches wird in vorteilhafter Weise durch Menge, Art und Ort einer externen Kühlung eingestellt. Insgesamt hängt der Übergangsbereich von der Gießgeschwindigkeit und dem Temperaturprofil und darüber hinaus von der Schalendicke, der Sumpflänge, der Stahlsorte, d. h. ihrer chemischen Zusammensetzung, vom Kokillenaustrittsmaß und der Bauart der Stranggießanlage und hier insbesondere von der Strangbreite und der Rollenteilung ab. Der Übergangsbereich vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale kann in jedem Gerüst der Strangführungseinrichtung angetroffen werden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Strangschalenkasten im Bereich des elastischen Verhaltens in der Weise zu stützen, daß eine minimale Krafteinwirkung auf die Strangschale durch Aktuatoren erreicht wird, die mit Meßelementen zur Erfassung der Anpreßkraft oder der Lage der Strangschale in Verbindung stehen und den Druck von mit den Führungsrollen verbundenen hydraulischen Elementen geregelt konstant halten, so daß auf die Strangschale unabhängig von ihrer Form ein gleichmäßiger Druck aufgebracht wird.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Stranggießanlage vorgeschlagen, bei der das Führungsgerüst in drei Zonen aufgeteilt ist, wobei die Führungsrollen in der Anfangszone zueinander eine andere Zuordnung aufweisen als in der nach einer Übergangszone angeordneten Endzone. Die einzelnen Zonen können bereits im ersten Gerüst angeordnet sein.

Bei Stranggießanlagen, die ein enges Positionsspektrum aufweisen, können die einzelnen Zonen der Rollenzuordnung fest installiert sein. Da sich aber die Lage der Übergangszone ändern kann wird vorgeschlagen, Translationselemente vorzusehen, mit denen eine Translation der gegenüberliegenden, auf Lücke einstellbaren Führungsrollen bei einer beliebigen Stelle des Stranges möglich ist, wobei die Translation a in einer Größenordnung a = 0,1 bis 0,5 × I_R (I_R = Rollenteilung) vorgesehen ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Führungsgerüst in der Übergangszone konstruktiv so ausgestaltet, daß im Oberrahmen und im Unterrahmen die gleiche Anzahl von Führungsrollen vorgesehen ist und daß die Positionierung der Führungsrollen des Unterrahmens längs des Stranges stufenlos veränderbar ausgeführt ist. Hierbei kann in einer weiteren Ausgestaltung eine zusätzliche Führungsrolle vorgesehen sein, die ergänzend zu den vorhandenen Führungsrollen im Unterrahmen positionierbar ist.

Zur Eingrenzung des Ortes der Übergangszone wird eine Kühleinrichtung vorgesehen, die in dem Bereich, in dem üblicherweise das plastische Verhalten der Strangschale auftritt, installiert wird und deren Kühlmedienmenge, -Form und -Temperatur einstellbar ist.

Eine völlige Unterbindung des unkontrollierten Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille (Mold Level Hunting) wird erreicht, wenn die Stopfenregelung eine Eigenfrequenz aufweist, die außerhalb der Resonanzfrequenz der Pumpfrequenz der Flüssigkeitssäule und damit außerhalb der Frequenz des Pumpens der Strangschale liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Stranggießanlage,

Fig. 2a, 2b schematische Darstellungen des Bereichs des plastischen Verhaltens der Strangschale

Fig. 3a, 2b die Anordnung der Führungsrollen im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Führungsrollenbereiches zur Erläuterung des Änderns der Rollenteilung.

Die Fig. 1 zeigt ein Schmelzenzuführgefäß 43, dessen Bodenöffnung durch einen Stopfen 44 verschließbar ist, welcher an eine Stopfenregelung 45 angeschlossen ist. Am Schmelzenzuführgefäß 43 ist ein Tauchausguß 42 befestigt, der in eine Kokille 41 hineinragt.

Der Kokille 41 sind einzelne Segmente aufweisende Gerüste 12, 22, 32 nachgeschaltet entsprechend einer Anfangszone 11, einer Übergangszone 21 und einer Endzone 31.

Die Anfangs- und auch die Übergangszone 11 bzw. 21 erstrecken sich über einen relativ breiten Bereich, an den sich die Endzone 31 anschließt. Die Anfangszone 11 und die Übergangszone 21 können durchaus bereits im ersten Gerüst vorliegen, so daß sich die Endzone 31 über den Restbereich Strangführung erstreckt.

Die einzelnen Gerüste weisen Führungsrollen 13, 23, 33 auf, die in Oberrahmen 14, 24, 34 und Unterrahmen 15, 25, 35 angeordnet sind (vgl. Fig. 4).

Weiterhin ist schematisch die Bramme B dargestellt, deren Sumpfspitze S_S bis über die Endzone 31 ragt. Ferner ist schematisch eine Kühleinrichtung 61 im Endbereich der Anfangszone 11 angedeutet.

Die Fig. 2a und 2b zeigen Führungsrollen 13 im Bereich des plastischen Verhaltens der Strangschale, der eine stationäre Wellenform eingeformt wird. Die Dicke der Ausbauchung ist dabei mit D gekennzeichnet, die Maulweite der Rollen mit d.

In Fig. 2a liegen sich die Führungsrollen 13 jeweils mit der Maulweite d unmittelbar gegenüber und haben auf der jeweiligen Strangseite einen Abstand voneinander, der durch die Rollenteilung I_R bestimmt ist. Die Strangschale W, die den Sumpf S einschließt, weist dabei Einbuchtungen und Ausbuchtungen auf.

In Fig. 2b sind im Vergleich zu Fig. 2a bei gleicher Rollenteilung I_R und gleicher Maulweite d, die Führungsrollen 13 um eine Translation a zueinander versetzt angeordnet. Dabei ist a = 0,5 × I_R.

Die Ausbauchung D ist hier infolge der Verschiebung der Führungsrollen 13 kleiner als die stationäre Ausbauchung bei gegenüberliegend angeordneten Führungsrollen 13 gemäß Fig. 2a.

Die Fig. 3a und 3b zeigen die Situation im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale, der eine instationäre wellenförmige Oberflächenform eingeprägt ist.

In Fig. 3a ist schematisch ein Schnitt durch den Strangschalenkasten gezeigt, bei dem die Breitseiten spiegelsymmetrisch gegenüberliegende Ein- und Ausbuchtungen aufweisen.

Durch die versetzte Anordnung der Führungsrollen bewegt sich der Strang in Strangabzugsrichtung in der Weise durch das Führungsgerüst, daß er sich quasi durch die in Maulweite voneinander beabstandeten Rollen schlängelt.

In Fig. 3b ist der Strangschalenkasten wie ein doppelwandiges Wellblech geformt. Während des Abzugsvorganges des Stranges bewegt sich dieser wellblechförmige Strangschalenkasten so durch das Führungsgerüst, daß er sich auch hier durch die sich gegenüberliegenden Führungsrollen schlängelt.

In keiner der beiden in den Fig. 3a und 3b aufgeführten Formen kommt es zu einem Zusammenquetschen des Strangschalenkastens im Bezug auf seine Breitseiten, und damit auch nicht zu einem Pumpen oder Saugen der vom Strangschalenkasten eingeschlossenen Flüssigsäule.

Fig. 4 zeigt ein Gerüst 12, 22, 32 und einen Oberrahmen 14, 24, 34 und einen Unterrahmen 15, 25, 35 und Führungsrollen 13, 23, 33. Am Unterrahmen 15, 25, 35 ist eine Zusatzrolle 19, 29, 39 vorgesehen, die nach einer Translation a der unteren Führungsrollen 13, 23, 33 ergänzend an die Reihe dieser Rollen angefügt werden kann, wie dies im unteren Teil der Fig. 4 gezeigt ist und wodurch sich eine versetzte Anordnung der gegenüberliegenden Rollen 13, 23, 33 erreichen läßt. Selbstverständlich, ist eine Translation a der Führungsrollen auch ohne das Hinzufügen einer weiteren Rolle 19, 29, 39 möglich, wobei dann aber eine zu beachtende Lücke in der Reihe der unteren Führungsrollen auftritt.

Mittel zur Durchführung der Translation a sind im unteren Teil der Fig. 4 lediglich durch Bezugszeichen 16, 26, 36 angedeutet.

Im oberen Teil der Fig. 4 sind ein Meßelement 74 für den Druck und ein Meßelement 75 für die Lage der Strangschale dargestellt, welche mit Aktuatoren 71, 72, 73 in Verbindung stehen, die wiederum auf hydraulischen Elemente 18, 28, 38 wirken, mittels derer der Druck auf betroffenen Führungsrollen im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Stranggießen von Dünnbrammen mit Gießgeschwindigkeiten größer 3 m/min in einer Stranggießanlage, bei der über einen Tauchausguß, der durch ein Absperrelement verschließbar ist, die Schmelze in eine Kokille geleitet wird, der eine mit Rollen ausgerüstete Strangführung nachgeschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) nach Verlassen der Kokille wird der Strangschale jeder Brammenbreitseite während ihres plastischen Verhaltens entsprechend der Rollenteilung der sie stützenden Führungsrollen eine stationäre Wellenform eingeformt,
b) nachfolgend wird an den Brammenbreitseiten dem Strangschalen kasten während seines elastischen Verhaltens entsprechend der Zuordnung der gegenüber angeordneten Führungsrollen eine instationäre wellenförmige Oberflächenform eingeprägt,
c) während des Strangabzugs wird der Übergang vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale meßtechnisch erfaßt und
d) im Bereich des elastischen Verhaltens des Strangschalenkastens wird die Bramme in einer Weise so gestützt, daß sie bei minimaler Krafteinwirkung auf die Strangschale durch die Strangführung geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Größe und der Position in der Strangführung der Übergangsbereich vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale dieser Bereich einstellbar gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strangschalenkasten im Bereich des plastischen Verhaltens der Strangschale durch die ihn stützenden Führungsrollen eine Aus- und Einbuchtungen aufweisende Form erhält, und daß nach der Übergangsphase im Bereich des elastischen Verhaltens die Schale des Strangschalenkastens durch versetzt gegenüber angeordnete Führungsrollen gestützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Strangschalenkasten im Bereich des plastischen Verhaltens der Strangschale durch versetzt gegenüber angeordnete Führungsrollen eine wellblechartige Form erhält, und daß nach der Übergangsphase im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale der Strangschalenkasten durch auf gleicher Höhe sich gegenüberliegende Führungsrollen gestützt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale die untere wie auch die obere Strangschale des Strangschalenkastens zu einer Pumpfrequenz (ν_S) angeregt wird, die sich verhält wie:
ν_S = v_G/l_R
mit
v_G = Gießgeschwindigkeit
I_R = Rollenteilung
und daß die Frequenz (νF) der Flüssigsäule des vom Strangschalenkasten umhüllten Sumpfes verändert wird entsprechend
ν_F = v_G/l_R
mit a = Translation der gegenüber angeordneten Führungsrollen in einem Bereich a = 0,1 bis 0,5 × I_R und Berücksichtigung der Lage der den jeweiligen Breitseiten des Strangschalenkastens zugeordneten Führungsrollen.

6. Stranggießanlage zur Erzeugung von Dünnbrammen in Gießgeschwindigkeiten größer 3 m/min mit einer Kokille, in die ein durch ein Absperrelement verschließbarer Tauchausguß hineinragt und der ein mit Rollen bestücktes Führungsgerüst nachgeordnet ist, welches Ober- und Unterrahmen aufweist, die über Zuganker gehalten werden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Führungsgerüst in eine Anfangszone (11), eine Übergangszone (21) und in eine Endzone (31) aufgeteilt ist,
daß in der Anfangszone (11) die Führungsrollen (13) im wesentlichen gegenüberliegend oder auf Lücke und in der Endzone (31) die Führungsrollen (33) jeweils im gegenteiligen Sinne angeordnet sind, und daß zwischen der Anfangszone (11) und der Endzone (31) eine Übergangszone vorgesehen ist, die eine Kombination beider Rollenanordnungen aufweist.

7. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Translationselemente (16, 26, 36) vorgesehen sind, mit denen eine Translation (a) der gegenüberliegenden, auf Lücke einstellbaren Führungsrollen (13, 23, 33) in einer Größenordnung a = 0,1 bis 0,5 × I durchführbar ist.

8. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Führungsgerüst (22) in der Übergangszone (21) im Oberrahmen (24) und Unterrahmen (25) die gleiche Anzahl von Führungsrollen (23) aufweist, und daß die Positionierung der Führungsrollen (23) des Unterrahmens (25) längs des Stranges stufenlos veränderbar ist.

9. Stranggießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Führungsrolle (26) vorgesehen ist, die ergänzend zu den vorhandenen Führungsrollen (23) im Unterrahmen (25) positionierbar ist.

10. Stranggießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß eine Kühleinrichtung (61) in der Zone des plastischen Verhaltens der Strangschale vorgesehen ist, deren Kühlmedienmenge, -Form und -Temperatur einstellbar ist.

11. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stranggießregelung vorgesehen ist, die eine Eigenfrequenz besitzt, welche außerhalb des Resonanzbereiches der Frequenz der Flüssigsäule (ν_F) liegt, wobei ν_F der Frequenz ν_S (Frequenz des Pumpens der Strangschale) entspricht.

12. Stranggießanlage zum Gießen von Dünnbrammen mit Gießgeschwindigkeiten größer 3 m/min mit einer Kokille, in die ein durch ein Absperrelement verschließbarer Tauchausguß hineinragt, der ein mit Rollen bestücktes Führungsgerüst nachgeordnet ist, welches Ober- und Unterrahmen aufweist, die über Zuganker gehalten werden und hydraulische Elemente aufweist, mit denen die Führungsrollen gegen die Breitseiten des Strangschalenkastens gedrückt werden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Aktuatoren (71-73) vorgesehen sind, die mit Meßelementen (74) zur Erfassung der Anpreßkraft und/oder Meßelementen (75) zur Erfassung der Lage der Strangschale in Verbindung stehen und die entsprechend der Frequenz der Strangschale (νS) den Druck der hydraulischen Elemente (18, 28, 38) im wesentlichen kostant halten.