DE19849603C2

DE19849603C2 - Verfahren und Stranggießanlage zum Gießen von Brammen mit einer Durchlaufkokille und einer Strangführung aus Rollen

Info

Publication number: DE19849603C2
Application number: DE19849603A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Pleschiutschnigg; Joachim Schwellenbach
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: DE19849603A1; RU2216429C2; DE59808803D1

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 (W_max) 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

W_max 7,86.10^-12exp.(0,0046.T)h^2.25.L^6,1.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.

Bezugszeichenliste

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

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.