DE19849603C2 - Verfahren und Stranggießanlage zum Gießen von Brammen mit einer Durchlaufkokille und einer Strangführung aus Rollen - Google Patents
Verfahren und Stranggießanlage zum Gießen von Brammen mit einer Durchlaufkokille und einer Strangführung aus RollenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Stahlbrammen mit ei
ner Durchlaufkokille, wobei der teilerstarrte, aus einer Strangschale und einem
teilweise flüssigen Kern bestehende Strang nach Austritt aus der Kokille während
der weiteren Erstarrung zwischen Rollen einer jeweils eine Losseite und eine
Festseite aufweisenden Strangführung geführt und dabei die Strangschale im Be
reich zwischen jeweils zwei in Gießrichtung beabstandeten Rollen eine Deformati
on in Form einer Ausbuchtung mit einer Querschnittsvergrößerung ausbildet, zu
deren Kompensation des betroffenen Strangbereiches auf den diesem gegen
überliegenden Strangbereich von außen ein querschnittsverkleinernder Gegen
druck aufgebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Stranggießanlage.
Eine zur sicheren Führung des Gießstranges geeignete Strangführung umfasst in
der Regel eine größere Anzahl einzelner, jedoch als Führung eng zusammenwir
kender Strangführungssegmente mit in einem losseitigen und einem festseitigen
Rahmen angeordneten Führungs- und/oder Treibrollen, die miteinander einen so
genannten Rollenteppich bilden. Die Rollen können durchgehend, aber auch bei
vergleichsweise großen Strangbreiten zwischengelagert sein.
Die Rollen der Fest- und Losseite weisen im Abstand vom Gießspiegel in der Ko
kille abschnittsweise unterschiedliche Durchmesser auf, gegenüberliegende Rol
lenpaare besitzen dabei gleiche Durchmesser.
Bei gebogener Strangführung zwischen vertikalen und horizontalen Abschnitten
liegen die Segmente im Radiusstrahl, ausgehend vom vertikalen Verlauf unter der
Kokille bis hin zum horizontalen Auslauf.
Aus der EP 0 350 431 A2 ist ein Stranggießverfahren für Brammen mit einer
Durchlaufkokille bekannt. Der im Querschnitt teilweise erstarrte Strang ist zwi
schen Rollenpaaren geführt und wird mittels angetriebenen Rollen abgezogen. Die
einzelnen Rollen von Rollenpaaren sind hydraulisch gegenüber dem Strang ver
formend wirkbar anzustellen.
Aus der EP 0 535 368 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von
Stahlband bekannt. Bei dem Verfahren wird ein stranggegossenes Stahlband, das
aus einer erstarrten Strangschale und einem Flüssigkern besteht, in einer Roll
verformung dickenverringert und anschließend gewalzt.
Zur Vermeidung ungewünschter Dickenabweichungen und Verbesserung des
Gefüges sowie zur Vereinfachung der Rollverformungseinheit wird ein Stahlband
strang von 40-80 mm Dicke gegossen, bis auf 15-40 mm Dicke und 2-15 mm
Restflüssigkeit in maximal drei Stufen rollverformt und bis zur Durcherstarrung
geführt.
Bei der Rollverformung eines teilerstarrten Stahlstranges hat sich herausgestellt,
dass diese zu Strangdeformationen durch Entstehung von Ausbauchungen der
Strangschale zwischen jeweils zwei Rollenberührungslinien führen kann. Dabei
ergeben sich abwechselnd Zonen größeren Querschnitts und Zonen geringeren
Querschnitts, die zu einem Pulsieren der Restschmelze im Stranginneren führen.
Diese Ausbauchungen können zu kritischen Schalendeformationen besonders an
der Phasengrenze flüssig/fest und damit zur Innenrißbildung infolge pulsierender
Restschmelzenbewegung als Folge periodischer Ausbauchungen der Strang
schale sowie unter dem Einfluß des ferrostatischen Druckes der flüssigen Stahl
säule, die bis in den Gießspiegel in der Kokille reicht, führen.
Die maximale Ausbauchung (Wmax) der Strangschale mit flüssigem Kern zwischen
zwei benachbarten Rollen in Gießrichtung wird im wesentlichen durch folgende
Faktoren wie
- - Temperatur, T [K]
- - metallurgische Höhe, h [m]
- - Rollenabstand, L [m]
- - Gießgeschwindigkeit, V [m/min]
- - Strangschalendicke, S [mm]
in erster Näherung nach der Gleichung
Wmax 7,86.10-12exp.(0,0046.T)h2.25.L6,1.V-0,57.S-5,26
bestimmt.
Betrachtet man bei der Ausbauchung der Strangschale von Rollenpaar zu Rollen
paar die zu verdrängende Flüssigkeit (vorwiegend ein Zwei-Phasen-Gemisch aus
Kristallen und Schmelze), so ist zu erkennen, dass das zu verdrängende Volumen
einen Drucktensor aufbaut, der vom ferrostatischen Druck, der Gießgeschwindig
keit, vom Volumen und vom Weg abhängt.
Bei einer Stranggießanlage besteht das Volumen zwischen zwei Rollenpaaren der
Rollenführungen aus zwei halben Volumina, die der Fest- und Losseite eines je
den Segmentes zuzuordnen sind. Bei der Verdrängung dieses Schmelzvolumens
übt es einen hohen Druck auf die Strangschale mit ihrer Verengung aus und för
dert die Entstehung von Ausbauchungen, während sich das System
Strang/Strangausbauchung negativ multipliziert überlagert und zu unkontrollierten
Bewegungen der Schmelze im Gießspiegel führt.
In der älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 45 547 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Stranggießen beschrie
ben, durch welche ein unkontrolliertes Aufschwingen des Gießspiegels in der Ko
kille vermieden und darüber hinaus die Brammenqualität durch Verringerung der
Mittenseigerung verbessert wird.
Hierfür wird u. a. vorgeschlagen, dass im Bereich des elastischen Verhaltens der
Strangschale eine andere Anordnung der sich gegenüberliegenden Rollen gewählt
wird, als im plastischen Bereich. Nach dem Übergangsbereich vom plastischen
zum elastischen Verhalten der Strangschale wird eine Änderung der oszillierenden
Oberflächenstruktur der Strangschale durch Änderung der Abstützung durch die
Strangführungsrollen durchgeführt. Ferner wird vorgeschlagen, den Strangscha
lenkasten im Bereich des elastischen Verhaltens in der Weise zu stützen, dass
eine minimale Krafteinwirkung auf die Schale durch Aktuatoren erreicht wird, die
mit Messelementen zur Erfassung der Anpresskraft oder der Lage der Strang
schale in Verbindung stehen und den Druck von mit Führungsrollen verbundenen
hydraulischen Elementen geregelt konstant halten, so dass auf die Strangschale
unabhängig von ihrer Form ein gleichmäßiger Druck aufgebracht wird. Das Füh
rungsgerüst der Stranggießanlage ist in drei Zonen aufgeteilt, wobei die Führungsrollen
in der Anfangszone zueinander eine andere Zuordnung aufweisen, als in
der nach einer Übergangszone angeordneten Endzone. Das Problem der kriti
schen Schalendeformation an der Phasengrenze flüssig/fest infolge pulsierender
Restschmelzenbewegung wegen periodischer Ein- und Ausbauchungen der
Strangschale bei der Rollverformung in der Strangführung wird nicht angespro
chen und nicht gelöst.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Stranggießen von Stahlbrammen der im Oberbegriff
von Anspruch 1 genannten Art sowie eine zu dessen Durchführung ausgebildete
Stranggießanlage anzugeben, mit welchen es gelingt, vorgenannte Nachteile und
Schwierigkeiten zu überwinden und insbesondere die Entstehung schädlicher,
periodischer Ausbeulungen der Strangschale bei deren Rollverformung zu unter
drücken bzw. zu kompensieren.
Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren bzw. mit ei
ner Stranggießanlage der in den Patentansprüchen 1 und 4 genannten Art mit den
darin angegebenen kennzeichnenden Merkmalen und mit weiteren Ausgestaltun
gen gemäß den Unteransprüchen erreicht.
Dadurch, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kompensation der
Querschnittsvergrößerung eines von Ausbauchung betroffenen Strangbereiches
auf den diesem gegenüberliegenden Strangbereich von außen ein zur Ausbildung
einer querschnittsverkleinernden Einbuchtung genügender Gegendruck durch eine
gegenüberliegende Rolle aufgebracht wird, gelingt es mit dieser vergleichsweise
überraschend unkomplizierten Maßnahme, die Wirkung einer Ausbauchung we
nigstens größtenteils zu kompensieren und damit das schädliche Pulsieren der
Restschmelze im Gießstrang signifikant zu unterdrücken.
Bei der erfindungsgemäßen Stranggießanlage gelingt dies mit einer überraschend
unkomplizierten Ausgestaltung sowie praktisch ohne erhöhte Kosten durch eine
Ausgestaltung, bei der die Kokille bei ebenflächiger Ausführung ihres Auslaufs auf
einer Seite, bspw. gegenüber der Strangführungs-Festseite, mit n + 1 Fußrollen
gegen n Fußrollen der Losseite unter Herstellung einer Verzahnung mit dem er
sten Strangführungssegment ausgebildet ist.
Dabei sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen von Verfahren und Stranggieß
anlage entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste
henden Erläuterung einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausfüh
rungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1a im Querschnitt eine Strangführung nach dem Stand der Technik;
Fig. 1b im Querschnitt eine Strangführung nach der Erfindung;
Fig. 2a im Querschnitt und in vergrößerter Darstellung einen Teil der her
kömmlichen Strangführung nach Fig. 1a;
Fig. 2b im Querschnitt und in vergrößerter Darstellung einen Teil der erfin
dungsgemäßen Strangführung nach Fig. 1b;
Fig. 3 in Draufsicht zwischengelagerte Rollen relativ zur Position einer
Querschnittsdarstellung eines von diesen geführten Gießstranges;
Fig. 4 in Ansicht eine verzahnte Senkrecht-Rollenführung mit geschnitte
nem Gießstrang;
Fig. 5 in Ansicht eine verzahnte Senkrecht-Abbiegestrecke einer Horizon
tal-Stranggießanlage.
Die in Fig. 1a dargestellte Strangführung nach dem Stand der Technik weist eine
Kokille 20 mit Kokillenauslauf 22 auf Darunter ist der in Erstarrung befindliche
Gießstrang 21 erkennbar, dessen Strangschale 1 mit zunehmender Erstarrung an
Dicke zunimmt, wogegen die darin eingeschlossene Restschmelze 2 an relativem
Volumen abnimmt, bis sie zuletzt völlig erstarrt ist. Im Erstarrungbereich ist der
Strang 21 zwischen Rollen 4, 4' der Festseite und Rollen 3, 3' der Losseite von
Führungssegmenten geführt. Kokille 20 und Strangführung gehören zu einer nicht
näher dargestellten Stranggießanlage vorzugsweise zum Gießen von Brammen
aus Stahl mit einer Durchlaufkokille mit Formaten zwischen 40-250 mm Dicke,
Breiten zwischen 500 bis 3.500 mm und Gießgeschwindigkeiten zwischen 1 bis 10 m/min.
In Gießrichtung gesehen sind zwischen jeweils zwei Rollen 3, 3' die vorbeschrie
benen schädlichen Ausbauchungen 10 erkennbar, in deren Bereich Volumenver
größerungen des Restschmelzeinhalts stattfinden, die beim Transport des Stran
ges 21 periodisch mit Volumeneinschnürungen zwischen jedem Rollenpaar ab
wechseln und zu äußerst nachteiligen "Pumpbewegungen" der Schmelze führen.
Eine erfindungsgemäße Strangführunpsausbildung zeigt Fig. 1b. Bei dieser ist zur
Kompensation der Querschnittsvergrößerungen der betroffenen Strangbereiche
jeweils von außen ein zur Ausbildung einer querschnittsverkleinernden Einbuch
tung 11 genügender Gegendruck aufgebracht. Hierfür sind die Rollen in Gießrich
tung um wenigstens einen Teilbetrag ihres Rollenabstandes, und bevorzugt um
den halben Rollenabstand, zueinander versetzt angeordnet.
Die dadurch mit großem Vorteil erzielbare Kompensationswirkung bei der Verrin
gerung der schädlichen Volumenvergrößerungen zwischen jeweils zwei beabstandeten
Führungsrollen 3, 3' bzw. 4, 4' ist aus Fig. 1b deutlich erkennbar. Im
Resultat ist infolge der Erfindung die Ausbauchung 10 und damit die Volumenver
größerung des flüssigen Inhalts höchstens halb so groß wie bei der Fig. 1a.
Die Fig. 2a und 2b machen im einzelnen deutlich, dass bei entsprechender
Anordnung von Gießstrang 21 und Rollen 3, 3' bzw. 4, 4' die zu verdrängende
Restschmelze 2 bei unveränderter Schale 1 im Falle der Strangführungsanlage
nach dem Stand der Technik (Fig. 2a) im Vergleich zur erfindungsgemäßen Aus
bildung (Fig. 2b) die Ausbauchungen 10 infolge der entgegengerichteten Ein
buchtungen 11 maximal noch die Hälfte der entsprechenden Werte relativ zur
Fig. 2a ausmachen. Dabei sind zur Verdeutlichung in der Fig. 2a die Stellen ver
größerten Volumens mit 15 bezeichnet, wogegen die Einbuchtungen jeweils mit
11 bezeichnet sind.
Fig. 3 zeigt die Anordnung von zwischengelagerten Rollen 3, 4, wobei deren La
ger 8, 9 der Los- und Festseite 6, 7 bevorzugt mittelpunktgespiegelt zueinander
stehen. Dabei sind gegenüberliegende Rollen 3, 4 auch bei zueinander versetzten
Rollen, z. B. mit um 50% des Rollenabstandes angeordnetem Versatz, nicht flä
chensymmetrisch, sondern punktsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die
se Anordnung zu einer zeitlich und örtlich minimierten Ausbauchung und
Schmelzvolumenbewegung führt.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Rollensegmenten 5, 5' einer Senkrecht-
Führungsstrecke für einen Gießstrang 21 unterhalb einer Kokille 20. Die Seg
mente 5, 5' sind infolge ihres gegenseitigen Rollenversatzes mit Verzahnungen 14
aneinander angereiht. Dabei ist jeweils eine Hälfte 22 bzw. 22' des Kokillenaus
laufs der Kokille 20 relativ zur anderen Hälfte unter Verzahnung 14, 14' mit dem
anschließenden Strangführungssegment 5' um einen halben Rollenabstand ver
kürzt bzw. verlängert ausgebildet. Desgleichen sind auch die rollentragende
Losseite 6 eines jeden Strangführungssegmentes 5 bzw. 5' unter gegenseitiger
Verzahnung 14 bzw. 14' um wenigstens einen Teilbetrag eines Rollenabstandes
versetzt. Auch kann eine "Grid"-Platte, die normal an den Ausgang der Kokille an
schließt, die Verzahnung mit dem ersten Rollensegment sicherstellen. Die Fig. 4
zeigt deutlich die in ihrer Mächtigkeit zunehmende Strangschale 1 bei in senk
rechter Richtung abnehmendem Inhalt von Schmelze 2.
Für die Fig. 1b ist noch nachzutragen, dass die Kokille 20 bei ebenflächiger
Ausgestaltung ihres Auslaufs 22 auf einer Seite, bspw. gegenüber der Strangfüh
rungs-Festseite 7 mit n + 1 Fußrollen 12 gegenüber Fußrollen 13 der Losseite 6
unter Herstellung einer Verzahnung 14 mit dem ersten Strangführungssegment 5'
ausgebildet ist, wie dies aus der Fig. 1b ersichtlich ist.
Fig. 5 zeigt eine Senkrecht/Waagerecht-Abbiegeanlage der Strangführung mit
den einander verzahnt zugeordneten Segmenten 5, 5'. Diese sind im Bereich der
Bogenführung gemäß den ersichtlichen Radiusstrahlen aneinandergereiht. Das
erste, an die Kokille 20 anschließende Segment 5' ist dabei mit versetzter An
schlußlänge - festseitig verkürzt an das verlängerte Auslaufteil 22 der Kokille 20
und losseitig verlängert an das verkürzte Auslaufteil 22' der Kokille 20 verzahnt
angeschlossen. Im Bogenteil sind Ein-Rollen-Cluster auf der Festseite jeweils am
Ausgang des Segmentes angeordnet, die einen schnellen Wechsel der Rollen
segmente zulassen.
1
Strangschale
2
Kern
3
Rolle
4
Gegenrolle
5
Strangführungssegment
6
Losseite
7
Festseite
8
Lager
9
Lager
10
Ausbuchung
11
Einbuchtung
12
Fußrolle
13
Fußrolle
14
Verzahnung
15
Stellen mit größerem Volumen
20
Kokille
21
Strang
22
Kokillenauslauf
Claims (7)
1. Verfahren zum Stranggießen von Stahlbrammen mit einer Durchlaufkokille
(20), wobei der teilerstarrte, aus einer Strangschale (1) und einem teilweise
flüssigen Kern (2) bestehende Strang (21) nach Austritt aus der Kokille (20)
während der weiteren Erstarrung zwischen Rollen (3, 4) einer jeweils eine
Losseite (8) und eine Festseite (7) aufweisenden Strangführung geführt und
dabei die Strangschale (1) im Bereich zwischen jeweils zwei in Gießrich
tung beabstandeten Rollen (3, 3') eine Deformation in Form einer Aus
buchtung (10) mit einer Querschnittsvergrößerung ausbildet, zu deren
Kompensation des betroffenen Strangbereiches auf den diesem gegen
überliegenden Strangbereich von außen ein querschnittsverkleinernder Ge
gendruck aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Aufbringen des Gegendruckes eine der Ausbuchtung (10) des
Stranges (21) gegenüberliegende Rolle (4) verwendet und nach Maßgabe
einer vorgegebenen Einbuchtung (11) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Größe der Einbuchtung (11) der Ausbuchtung (10) angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Größe der Ausbuchtung (10) bzw. die Menge der zu verdrängen
den Restschmelze zum Zeitpunkt der Berührung der Strangschale (1) mit
einer (Rolle 3, 4) auf ca. 50% von der einer Strangführung gemäß dem
Stande der Technik eingestellt wird.
4. Stranggießanlage zum Herstellen von Stahlbrammen, bei der der teilweise
erstarrte, eine Strangschale (1) und Schmelze im Kern enthaltende Strang
(21) nach Austritt aus der Kokille (20) während der weiteren Erstarrung zwi
schen Rollen (3, 4) jeweils einer Losseite (6) und einer Festseite (7) von
Strangführungssegmenten (5) geführt ist und dabei die Strangschale (1)
Deformationen in Form von Ausbuchtungen (10) zwischen jeweils zwei in
Gießrichtung beabstandeten Rollen (3, 3', bzw. 4, 4') ausbildet, wobei zur
Kompensation der Deformationen des Stranges (21) die Rollen (3, 3'; bzw.
4, 4') um wenigstens einen Teilbetrag ihres Rollenabstandes zueinander
versetzt angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kokille (20) bei ebenflächiger Ausführung ihres Auslaufs (22) auf
einer Seite, bspw. gegenüber der Strangführungs-Festeite (7), mit n + 1
Fußrollen (12) gegenüber n Fußrollen (13) der Losseite (6) unter Herstel
lung einer Verzahnung (14) mit dem ersten Strangführungssegment (5')
ausgebildet ist.
5. Stranggießanlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die rollentragende Losseite (6) und Festseite (7) eines jeden Strang
führungssegmentes (5) unter gegenseitiger Verzahnung (14, 14') um we
nigstens einen Teilbetrag eines Rollenabstandes zueinander versetzt ange
ordnet sind.
6. Stranggießanlage nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Hälfte des Kokillenauslaufs (22) relativ zur anderen Hälfte unter
Verzahnung (14, 14') mit dem anschließenden Strangführungssegment (5')
um einen halben Rollenabstand verkürzt oder verlängert ausgebildet ist.
7. Stranggießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei zwischengelagerten Rollen (3, 4) die Lager (8, 9) der Los- und
Festseite (6, 7) bevorzugt mittelpunktgespiegelt zueinander stehen.
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