DE2248922B2 - Verfahren zum fuehren und kuehlen eines aus einer im wesentlichen rechteckigen stranggiesskokille austretenden stahlstranges - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ve^rfahren zum Führen und Kühlen eines aus einer gekühlten im wesentlichen rechteckigen Stranggießkokille austretenden Stahlstranges mit im Querschnitt konkaven Breitseiten.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus Versuchen von A.D. A k i m e η k ο bekannt, über die 1962 von The Iron and Steel Institute, London, eine Veröffentlichung unter dem Titel »Continuous Casting of Steel« herausgegeben wurde. Dort wird vorgeschlagen, bei Stahlsträngen mit konkaven oder konvexen Breitseiten entsprechend geformte Walzen zu verwenden, die den Strang über seine gesamte Breite oder irgendeinen Spalt stützen. Es versteht sich, daß auf diese Weise weder eine bessere noch eine gleichmäßigere Kühlung des Stranges erzielt werden kann, da an der Strangaußenseite durch das Vorhandensein von Walzen eine gezielte Kühlung nur zwischen den relativ schmalen Zwischenräumen zweier benachbarter Walzen erfolgen kann. Diese sprunghaften Temperaturänderungen können nicht nur eine Quaütätsverschlechterung des gegossenen Produktes zur Folge haben, sondern verringern auch die Wachstumsgeschwindigkeit der erstarrenden Kruste, da im Walzenbereich keine Kühlung möglich ist. Die Oberflächentemperatur steigt in diesem Bereich stark an, was zu einer Reduktion oder zumindest einem Stillstand in der Wachstumsgeschwindigkeit der Kruste führen kann.

Ferner ist durch die DT-AS 10 28 300 die Verwendung einer Kokille mit Rechteckquerschnitt bekannt geworden, bei welcher die Breitseiten am oberen Ende konvex geformt sind und zum unteren Ende hin in eine gerade Ebene übergehea Auf diese Weise ergibt sich beim Durchtritt des sich bildenden Stranges durch die Kokille eine Verringerung des Querschnittsumfanges bei gleichbleibender oder aawachsender Querschnittsfläche. Dadurch soll die Bildung von Rissen und Aufbrüchen vermieden werdea An eine Verbesserung der Führung und Kühlung des aus der Kokille ausgetretenen Stranges ist dabei nicht gedacht

Durch die OE-PS 1 99 805 ist eine Kühlung von Strängen an zwei zueinander parallelen Flächen der Strangkruste bekannt geworden, die besonders vorteilhaft auf die Breitseiten von rechteckigen Strängen aufgebracht wird, um eine Lunkerbildung im Kern zu vermeiden. Von einer Führung des Stranges und der Erzeugung von Wärmespannungen in der Strangkruste ist in dieser Druckschrift nicht die Rede.

Außerdem sind durch die OE-PS 2 80 506 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fördern von im wesentlichen rechteckigen Gießsträngen bekannt gewordea Parallel zu den Breitseiten der Stränge angeordnete Walzen sind mit konisch sich erweiternden, mit radialen Rillen versehenen Bunden ausgestattet, mit denen sie nur an den Strangkanten eingreifen. Dadurch wird der Strang nur an den Schmalseiten gestützt, jedoch ist es wegen der zylindrischen Mittelteile der Walzen nicht möglich, Kühlmittel kontinuierlich und lückenlos auf die gesamte Breitseite des Stranges aufzubringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß sich der Strang weitgehend selbst trägt und nur relativ kleine Kräfte zu seiner Führung notwendig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach ausreichender Verfestigung der Strangkruste, die es gestattet, Wärmespannungen aufzunehmen, die dem ferrostatischen Druck des Strangsumpfes widerstehen, der Strang im wesentlichen im Bereich der seitlichen Ränder der konkaven Breitseiten geführt wird, und daß durch lückenloses Aufsprühen eines Kühlmittels mit ausreichend hoher Intensität auf die Breitseiten Wärmespannungen in der Strangkruste erzeugt werden, weiche die Krümmung der konkaven Breitseiten gegen die vom Sumpf ausgeübten ferrostatischen Drücke aufrechterhalten.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere vorteilhaft beim Stranggießen von Stahl, z. B. von Strängen mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt und Knüppeln oder Blöcken mit im allgemeinen quadratischem Querschnitt. Früher entwickelte Techniken des Stranggießens sind in der parallelen DT-OS 2144 082 und DTOS 2206606, sowie der US-PS 37 74671 beschrieben. Danach werden verschiedene neue Techniken zum Absteifen der Breitseiten von gegossenen Strängen gegen die Beulkräfte verwendet, die durch den hohen ferrostatischen Druck vom noch schmelzflüssigen Sumpf des Stranges hervorgerufen werden. Die Breitseiten des Stranges werden so geformt, daß sie nach innen gekrümmt sind, um Bögen zu bilden und gleichzeitig werden die Schmalseiten gegeneinander gedrückt, um die gewölbte Ausbildung aufrecht zu erhalten. Das Aufrechterhalten einer Wölbung in dieser Ausbildung macht es möglich, daß die Druckfestigkeit der Strangkruste benutzt wird, um den nach außen gerichteten Beulkräften des schmelzflüssigen Sumpfes zu widerstehen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine vollständig

andere Art der Oberflächenversteifung geschaffen, welche nicht von Druckkräften in der Wölbung der Strangkruste abhängig ist Erfindungsgemäß wird die Versteifung durch Hervorrufen von Wärraespannungen |p der Strangkruste und anschließendes Richten der Wirkungen dieser Wärmespannunge:> erzielt so daß sie entgegengesetzt zu den anstatt mit den Beulkräften des «nter Druck stehenden schmelzflüssigen Sumpfes wirken.

Wie zur Veranschaulichung im folgenden ausgeführt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren durchge führt werden, indem die Außenflächen des Stranges schnell abgekühlt werden, wenn er aus einer Strang gießkokille austritt. Das schnelle Abkühlen erzeugt Wännespannungen, welche die Außenflächen des Mantels des gegossenen Stranges schrumpfen lassen. Diese Wärmespannungen, welche extrem stark sind, führen zu einer konkaven Krümmung d«u· Breitseiten der Strangkruste. Indem die Breitseiten der Strangkru- -ste durch die Kokille konkav geformt werden, wird die durch die Wännespannungen gezeugte Krümmung so gerichtet daß sie diese konkave Krümmung aufrechterhält Darüber hinaus kann durch genaues Steuern der Abkühlung des Stranges die Größe der Wärmespannung gesteigert oder verringert werden, um die Wölbung zu verstärken oder zu verringern. Beim Stranggießen nach unten übt der Sumpf einen ferrostatischen Druck auf die Strangkruste aus, der mit zunehmender Entfernung von der Kokille anwächs,. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Betrag zu steuern, mit dem die Wärme vom Strang abgeführt wird, so daß die Wärmespannungen die Strangkruste gegen den anfangs niedrigen ferrostatischen Druck stützen und danach ermöglichen, daß der erhöhte ferrostatische Druck die Breitseiten des Stranges nach außen in eine flache Lage drückt, wie sie zum Walzen zweckmäßig ist

Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ^₀

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger besonderer ausgewählter Ausführungsbeispiele, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Wirkung einer gleichmäßig verteilten Last auf einen Aufbau, welcher gemäß der bekannten Technik gelagert ist,

F i g. 2 eine schematische Darstellung, welche eine der bisher entwickelten Versteifungstechniken zum Versteifen von Aufbauten gegen die Wirkung einer gleichmäßig verteilten Last darstellt,

Fig.3 eine schematische Darstellung, welche die erfindungsgemäße Technik zum Versteifen eines Aufbaus gegen die Wirkung einer gleichmäßig verteilten Last veranschaulicht, _5J

F i g. 4 eine Seitenansicht einer in Betrieb befindlichen Stranggießvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt ist,

Fi g. 5 einen Schnitt quer zum Strang der F i g. 4 mit einem Paar Führungswalzen und der Anordnung der &, Sprühdüsen zum Aufbringen des Kühlmittels, und

Fig.6 einen Schnitt durch einen anderen Strang, dessen Breitseiten im wesentlichen nur im mittleren Bereich konkav sind, und die dafür verwendeten Führungswalzen.

In der schematischen Darstellung der F i g. 1 ist ein Strangkrustenabschnitt 10 dargestellt, z. B. ein Abschnitt verfestieten Stahls, der die äußere Oberfläche

eines Gießstranges während dessen Abkühlung bildet Der Strangkrustenabschnitt 10 wird auf einer Seite an zwei Endpunkten 12 und 14 durch nach oben gerichtete Stützkraftvektoren Fs abgestützt Eine gleichmäßig verteilte Last, welche durch mehrere kleine nacr unten gerichtete Lastvektoren dargestellt ist, wirkt auf die andere Seite des Strangkrustenabschnitts 10. Diese gleichmäßig verteilte Last kann z.B. durch den ferrostatischen Druck des noch schroelzflüssigen Sumpfes eines Gießstranges entwickelt werden, wenn dieser nach außen gegen die äußere verfestigte Strangkruste drückt

Wenn der Strangkrustenabschnitt 10 entweder zu dünn oder zu weich ist um den Wirkungen der gleichmäßig verteilten Lastvektoren F/ zu widerstehen, wird er beginnen durchzusacken oder zu beulen, wie es mit der gestrichelten Linie in F i g. 1 dargestellt ist, wenn er nur an seinen zwei Endpunkten 12 und 14 abgestützt wird.

Fig.2 veranschaulicht einen früheren Versuch, das oben beschriebene Durchsacken oder Beulen zu verhindern. Wie in F i g. 2 zu sehen ist wird dem Strangkrustenabschnitt 10 zu Beginn eine bogenähnliche Ausbildung in Richtung der gleichmäßig verteilten Last gegsben. Diese bogenähnliche Form wird aufrechterhalten, indem die Stützkraftvektoren Fs* so gerichtet werden, daß sie unter einem Winkel gegeneinander verlaufen. Bei dieser Anordnung dient die bogenähnliche Form des Strangkrustenabschnitts dazu, die gleichmäßig verteilten Lastvektoren Fientlang der Ebene des Strangkrustenabschnitts abzulenken, wo ihnen ein Widerstand durch die unter einem Winkel einwärts gerichteten Stützkraftvektoren Fs* entgegengesetzt wird.

Während die bogenähnliche Ausbildung in F i g. 2 dazu dient, den Widerstand des Strangkrustenabschnitts 10 gegen die Beulwirkungen der Lastvektoren f/ zu steigern, ist diese Anordnung zwei Bedingungen unterworfen, insbesondere der Druck- oder Knickfestigkeit des Strangkrustenabschnitts selbst und der Verfügbarkeit einiger außen angeordneter Einrichtungen, um die von außen zugeführten unter einem Winkel ausgerichteten Stützkraftvektor<"n Fs' aufrechtzuerhalten.

F i g. 3 veranschaulicht die Art und Weise, in welcher das vorliegende Verfahren dazu dient die zwei oben beschriebenen begrenzenden Bedingungen zu überwinden. Wie in Fig.3 zu sehen ist, sind mehrere Sprühdüsen 16 für ein Kühlmittel vorgesehen, welche einen intensiven Sprühnebel des Küh'mittels gegen den Strangkrustenabschnitt 10 an der Seite richten, welcher der, auf welcher die Lastvektoren F; wirken, gegenüberliegt. Die plötzliche Abkühlung der Oberfläche des unteren Strangkrustenabschnitts erzeugt Wärmespannung innerhalb des Materials des Strangkrustenabschnitts, wie durch tangential ausgerichtete Wärmespannungsvektoren Ff dargestellt ist. Diese Wärmespannungsvektoren veranlassen den Strangkrustenabschnitt zum Schrumpfen, insbesondere an seiner äußeren Oberfläche. Die innere Oberfläche des Strangkrustenabschnitts, an welcher die Lastvektoren Fi wirken, ist der intensiven Kühlwirkung des Sprühnebels der Sprühdüsen 16 nicht ausgesetzt. Demzufolge wird über die Dicke des Strangkrustenabschnitts eine Temperaturdifferenz eingestellt, weiche dazu führt, daß der Strangkrustenabschnitt gebogen wird und automatisch eine bogenähnliche Form einnimmt, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Weil die Spannungen, welche die bogenähnlichen Formen aufrechterhalten, innerhalb des Materials der Strangkruste selbst erzeugt werden, machen sie die bogenähnliche Ausbildung zusätzlich selbsttragend, so daß keine besondere äußere Stütze benötigt wird, außer derjenigen, die zum Führen oder Tragen des gesamten Stranges notwendig ist.

Die Fig.4 und 5 stellen die Anwendung des oben beschriebenen Prinzips der Versteifung durch Wärmespannungen auf das Stranggießen eines Stranges mit rechteckigem Querschnitt aus Stahl dar. Das Stranggießen von Stahlsträngen ist im einzelnen in den zuvor erwähnten Druckschriften beschrieben. Im vorliegenden Fall sollen das Verfahren und die Vorrichtung nur soweit im einzelnen beschrieben werden, als es notwendig ist, um die Anwendung der Erfindung auf das Verfahren zu veranschaulichen.

Geschmolzener Stahl 20 wird fortlaufend oben m eine vertikale Stranggießkokille 22 gegossen. In der Bogenführung sind verschiedene Sätze von Walzen 26 nur zum Abbiegen des Stranges 24 in die Honzontale vorgesehen. Die Walzen leisten dabei keine Formarbeit Eine Mehrzahl von Sprühdüsen 32 für Wasser sorgt für eine intensive und fortlaufende Kühlung der Strangoberfläche. Dabei verringert sich die Stärke des Sumpfes 36.

Wie in F i g. 5 zu sehen ist, berühren die Walzen 26 nur die Strangkanten, so daß im wesentlichen der gesamte Strang dem Sprühnebel des Kühlmittels ausgesetzt ist. Zusammengehörige Walzen 26 an gegenüberliegenden Rändern des Stranges 24 sind durch eine Achse 38 verbunden, welche zur Synchronisation ihrer Drehung dient und sie axial ausgerichtet hält Die Achsen 38 haben einen ziemlich kleinen Durchmesser und berühren den Strang 24 nicht Demzufolge wird der fortwährende Sprühnebel aus Kühlmittel nicht durch die Achsen 38 behindert

Die konkaven Krümmungen der Breitseiten des Stranges werden durch einen entsprechenden Querschnitt der Stranggießkokille erzeugt

Diese schnelle Abkühlung erzeugt hohe Wärmespannungen in der Kruste 34, welche ein Einziehen derselben von einem Ende zum anderen verursachen. Weil die Breitseiten 46 jedoch in Form von Bögen nach innen aufeinanderzu gerichtet sind, wirken die Wärmespannungen darauf hin, diese gekrümmte Ausbildung zu unterstützen.

Das Maß der Krustenerstarrung kann mit der Intensität der Kühlung gesteuert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dadurch der Neigung des ferrostatischen Drucks innerhalb des schmelzflüssigen Sumpfes 36 zum Auswärtsbeulen an den Breitseiten 46 der Bramme begegnet werden kann. Weil die Kruste selbst unter Wärmespannung steht, wird ihre gesamte Haltewirkung durch Steuerung ihrer Dicke gesteuert, welche ihrerseits wiederum durch die Intensität der ίο Kühlung gesteuert wird.

Umgekehrt können durch Verringern der Kühlung die Haltewirkung der Kruste und die durch den Sprühnebel erzeugten Wärmespannungen verringert werden, so daß der Querschnitt des erstarrten Stranges erreicht werden kann.

Nach Fig.6 werden zylindrische Walzen bei einem Strang mit breiten flachen Rändern und nur im mittleren Teil konkaver Breitseite verwendet.

Durch die Kombination der anfänglichen Formgexo bung in der Kokille und die plötzliche Abkühlung der Kruste des Stranges 24 werden auch hier hohe Wärmespannungen eingestellt, um die einwärts gerichteten konkaven Krümmungen 60 entlang der Breitseiten des Stranges aufrechtzuerhalten. Der Zwischenraum 64 zwischen einem Paar Walzen 62 ermöglicht, daß die Kühlflüssigkeit aus den Sprühdüsen 32 ununterbrochen am Strang entlangfließt wodurch die Wärmespannungen beibehalten werden, die die Eigentragfähigkeit des Stranges herbeiführen. Wie zuvor gezeigt wurde, kann die Versteifung durch Wärmespannung, welche durch die Steuerung der Intensität und Temperatur der Kühlwirkung in engen Bereich gesteuert werden kann, mit den Wirkungen des ferrostatischen Druckes des schmelzflüssigen minieren Sumpfes zur Steuerung der endgültigen Form des vollständig verfestigten Stranges verwendet werden. So wird durch Verringern der Intensität und/oder Temperatur der Sprühnebel des Kühlmittels gegen die unteren Bereiche des Weges des Stranges der gesteigerte ferrostatische Druck des schmelzflüssigen Sumpfes in diesen Bereichen so wirken, daß die einwärts gekrümmten Breitseiten der äußeren Kruste nach außen gebeult werden. Durch genaue Koordinierung der Kühlintensität und des ferrostatischen Druckes kann eine sehr wesentliche Steuerung der Kontur ohne die Notwendigkeit irgendwelcher äußeren Walz- oder Formvorgänge erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   * 1. Verfahren zum Führen und Kühlen eines aus einer gekühlten im wesentlichen rechteckigen Stranggießkokille aastretenden Stahlstranges mit im S Querschnitt konkaven Breitseiten, dadurch gekennzeichnet, daß nach ausreichender Verfestigung der Strangkruste, die es gestattet, Wännespannungen aufzunehmen, die dem ferrostatischen Druck des Strangsumpfes widerstehen, daß der Strang im wesentlichen im Bereich der seitlichen Ränder der konkaven Breitseiten geführt wird, und daß durch lückenloses Aufsprühen eines Kühlmittels mit ausreichend hoher Intensität auf die Breitseiten Wärmespannungen in der Strangkruste erzeugt werden, welche die Krümmung der konkaven ,Breitseiten gegen die vom Sumpf ausgeübten ferrostatischen Drücke aufrechterhalten.

   Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Krümmung der konkaven Breitseiten die Abkühlung dieser Flächen verringert wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung vor der vollständigen Verfestigung des Sumpfes verringert wird.

   4. Verwendung einer Stranggießkokille, deren Breitseiten zu einem konvexen Bogen gekrümmt sind, der sich nur über einen Teil dieser Breitseiten erstreckt, bei einem Verfahren nach Anspruch 1.

   5. Verwendung einer Stranggießkokille, deren Breitseiten zu mehreren benachbarten, konvexen Bögen gekrümmt sind, bei einem Verfahren nach Anspruch 1.