DE2552635A1

DE2552635A1 - Verfahren zum stranggiessen von stahl

Info

Publication number: DE2552635A1
Application number: DE19752552635
Authority: DE
Inventors: Hiroshima Fukuyama; Masayuki Hanmyo; Moriyuki Ishiguro; Shigeki Komori; Shinobu Miyahara; Isao Sugawara; Hideo Uchibori; Shigetaka Uchida
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-24
Publication date: 1976-05-26
Also published as: JPS5160633A; JPS5438978B2; FR2291813B1; CA1064674A; US4010792A; FR2291813A1

Description

TELEX: 05 29 802 HNKL D FDUARD-SCHMID-STRASSE'' WECHSELBANK MÜNCHEN Nr Wi «Ml I

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TELEFON. (0 89) 66 3197, 66 30 91 - SZ D-SOOO MÜNCHEN 91) POSTSCHECK: MCNCHIiN 162147 - «W

TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha
Tokio, Japan

UNSER ZEICHEN: BETRIFFT:

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Verfahren zum Stranggießen von Stahl

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen bzw«, Stranggießen von Stahle

Das Stranggießen von Stahl wurde bisher im allgemeinen mittels einer Stranggießmaschine durchgeführt, die entweder eine gekrümmte oder eine geradlinige Kokille aufweist,. Eine Stranggießmaschine mit gekrümmter bzw«, bogenförmiger Kokille ist in Fig,, 1 dargestellt, wobei eine in einen Zwischenbehälter eingefüllte Stahlschmelze 1 über eine Tauchschnauze bzw«, einen Tauchausguß 3 in eine Kokille 4 eingeleitet wird, in welcher die Stahlschmelze unter Bildung einer dünnen Erstarrungshaut 5 abgekühlt wird_e Die mit dieser Erstarrungshaut versehene Stahlschmelze wird mit Hilfe einer Gruppe von Stützwalzen 6, einer Gruppe von Führungswalzen 7» einer Gruppe von Reduktionswalzen 8 und einer Gruppe von Klemmwalzen 13, die in der genannten Reihenfolge unter der Kokille 4 angeordnet sind, abgezogene Im Verlauf dieses Abziehens nimmt die Dicke der Erstarrungshaut 5» die durch das mittels einer Anzahl von zwischen den verschiedenen Walzen angeordneten Sprühdüsen aufge-

Ke/Bl/ro -

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sprühte Wasser abgekühlt wird, allmählich zu, während ein noch im Schmelzzustand befindlicher Teil 10 der Schmelze, im folgenden als Krater bezeichnet, in seiner Dicke allmählich abnimmt, bis schließlich das Erstarren der Stahlschmelze abgeschlossen ist. Durch Abkühlen der Stahlschmelze bei Einstellung der Abkühlgeschwindigkeit, der Abziehgeschwindigkeit und anderer Faktoren wird ein G-ießstrang 11 mit einer vorbestimmten Querschnittsform gebildet, so daß das Vorderende des Kraters 10, wo die Erstarrung der Stahlschmelze abgeschlossen ist, im Bereich der Reduktionswalzen liegen kann₀

Bei derartigen Gießsträngen, die mittels einer Stranggießmaschine mit gekrümmter oder mit gerader Kokille hergestellt werden, treten jedoch häufig Fehler auf, nämlich eine Mittenporosität (d₀ho eine Ansammlung feiner Schwindlunker, die sich im Zentrum des Gießstrangs bilden), ein Zentrallunker (d,h_o eine Mittenporosität, die sich zu einem großen, rohrförmigen Schwindlunker ausbildet) und eine Zentralausseigerung₀

Die genannten inneren Gußfehler eines Gießstrangs werden den folgenden Ursachen zugeschrieben:

1 ο Die Erstarrungshaut eines Gießstrangs beult sich in der Nähe des Kratervorderendes bzw«, der Kraterspitze mechanisch unter dem Einfluß des statischen Drucks der Stahlschmelze an der Kraterspitze nach außen aus (d.h_a aufgrund der Höhe von der Stahlschmelzenoberfläche in der Kokille bis zur Kraterspitze, multipliziert mit der Dichte der Stahlschmelze), wobei in dieser Ausbeulung noch im Schmelzzustand befindlicher Stahl mit kondensierten Verunreinigungen und Bestandteilen eingeschlossen ist, wodurch Ausseigerung hervorgerufen wird«,

2ο Der noch im Schmelzzustand befindliche Stahl mit kondensierten Verunreinigungen und (Legierungs-)Bestandteilen wird im Gießstrang nahe der Kraterspitze durch den bereits erstarrten

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• Teil der Schmelze unter der Sogwirkung angezogen, die "beim Erstarren und Schrumpfen oder Schwinden auftritt,. Wenn dabei der Übergang dieses noch im Schmelzzustand befindlichen Teils des Stahls unzureichend ist, bilden sich in diesem Teil des Gießstrangs nicht nur Poren, sondern auch Zentralaus s e i ge rungen c

Zur Vermeidung der auf die genannten Ursachen zurückzuführenden inneren Fehler eines Gießstrangs ist bereits vorgeschlagen worden, den Gießstrang in der Nähe der Kraterspitze mittels Reduktionswalzen um mindestens 10% zu reduzieren. Mit diesem bereits vorgeschlagenen Verfahren können Mittenporosität und Zentralausseigerung bis zu einem gewissen Grad ausgeschaltet werden_e bei diesem bekannten Verfahren verursacht der hohe Reduktionszug (draft) von mindestens 10% an der Liquidus-Solidus-Grenzfläche der Stahlschmelze nahe der Kraterspitze die Entstehung zahlreicher innerer Risse_o Da sich zudem der Stahl noch im Schmelzzustand befindet und kondensierte Verunreinigungen sowie Bestandteile in diese inneren Risse eindringen, wird das Auftreten von Ausseigerungen nach wie vor nicht verhindert, so daß bisher noch keine zufriedenstellende Verbesserung der Innengüte eines solchen Gießstrangs erzielt werden konnte₀

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Stranggießen von Stahl, welches eine ganz erhebliche Verringerung der in einem Gießstrang auftretenden mechanischen Ausbeulungen oder Ausbauchungen ermöglichte

Dieses verbesserte Stranggießverfahren soll dabei auch die Ausschaltung von inneren Fehlern oder Schaden im Gießstrang, wie z,B„ Zentralausseigerung, Mittenporosität und innere Risse, zulassen«

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Stranggießen von Stahl, bei dem mindestens zwei Paare von Reduktionswalzen in

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der Nähe der Kraterspitze bzw„ des Kraterendes eines Gießstrangs angeordnet werden, wo die Erstarrung der Stahlschmelze im Gießstrang abgeschlossen ist, und der Gießstrang in der Nähe der Kraterspitze mittels der Reduktionswalzen reduziert wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reduktionswalzen in einem Walzenabstand von 200 - 420 mm angeordnet und auf einen Walzzug von 0,1 - 2,0% pro Reduktionswalzenpaar eingestellt werden«.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Schnittdarstellung des Stranggiessens von Stahl mittels einer eine gekrümmte Kokille aufweisenden Stranggießmaschine,

Figo 2 und 3 schematische Teilansichten zur Veranschaulichung der Entstehung von Ausbeulungen in einem Gießstrang und

Fig, 4 und 5 graphische Darstellungen des Einflusses von Walzenabstand (roll pitch) und Walzzug (draft) auf den Innengüte-Index für Gießstränge im Fall von Stranggießmaschinen mit gekrümmter Kokille bzw_e mit geradliniger Kokille.

Die vorher erläuterte Entstehung einer mechanischen Ausbeulung kann auch dadurch nicht verhindert werden, daß an die Reduktionswalzen als Walzenandruckkraft eine größere Kraft angelegt wird, als der statische Druck der Stahlschmelze an der Kraterspitze beträgt. Eine Ausbeulung 12, die im Fall von Reduktionswalzen 8a, 8b und 8c in der Nähe der Kraterspitze 10 eines Gießstrangs 11 bei ungenügender Walzenausfluchtung (Zentrierung

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der Walzganglinie auf eine Ziel- oder Sollinie) gemäß Fig_e 2 auftritt, und eine Ausbeulung 12», die sich zwischen Reduktionswalzen 8a' und 8b¹ nahe der Spitze des Kraters 10 des Gießstrangs 11 gemäß Fig» 3 bildet, können beispielsweise auch nicht durch Erhöhung der Walzkraft dieser Reduktionswalzen über den statischen Druck der Stahlschmelze an der Kraterspitze hinaus verhindert werden«.

Andererseits ist es möglich, die genannte Ausbeulung aufgrund mangelhafter Walzenausfluchtung durch eine genauere periodische Inspektion der Walzenausfluchtung der Stranggießmaschine und durch eine strengere Untersuchung der betriebswichtigen (strategischen) Punkte vor und nach dem Betrieb zu vermeiden. Eine Ausbeulung zwischen den Walzen tritt jedoch unabhängig davon auf, wie genau die Walzen eingestellt oder ausgefluchtet werden, da der Gießstrang zwischen den in einem bestimmten Walzenabstand angeordneten Reduktionswalzen erfaßt wird«

Im allgemeinen wird die Größe der Ausbeulung ü zwischen den Walzen durch die folgende Formel zur Berechnung der Größe der elastischen Biegung eines Trägers ausgedrückt:

k χ

k
P

d
bedeutenc

eine Konstante,

den statischen Druck der Stahlschmelze an der Kraterspitze eines Gießstrangs, den Walzenabstand,

den Elastizitätsmodul der Erstarrungshaut des Gießstrangs nahe der Kraterspitze und die Dicke der Erstarrungshaut

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Die obige Formel zeigt, daß dann, wenn der Elastizitätsmodul E der Erstarrungshaut, ihre Dicke d und der statische Druck P der Stahlschmelze konstantgehalten werden, ein größerer Walzenabstand R zu einer beträchtlich zunehmenden Größe der Ausbeulung (P zwischen den Walzen führt, Es ist daher möglich, die Größe der Ausbeulung σ durch Verkleinerung des Walzenabstands R zu verringern, wodurch die Innengüte des hergestellten Gießstrangs wesentlich verbessert wird_o

Die obige Formel ist jedoch nur ein mathematisches Modell zur zweckmäßigen Darstellung der Ausbeulgröße zwischen den Walzen und keine unmittelbar auf die Innengüte eines Gießstrangs bezogene Funktonsgleichungo Mit der obigen Formel ist es daher unmöglich, eine genaue Information dahingehend zu erzielen, um welchen Betrag die Innengüte eines Gießstrangs durch eine bestimmte Änderung des Walzenabstands verbessert wird.

Im Hinblick auf diese Umstände wurden erfindungsgemäß lange Untersuchungen dahingehend durchgeführt, wie durch Stranggießen ein fehlerfreier Gießstrang mit den vorbestimmten oder vorgeschriebenen Abmessungen erhalten werden kann, der frei ist von Fehlern, wie Mittenporosität, Zentrallunker und Zentralausseigerung, wie sie in der Nähe der Kraterspitze eines Gießstrangs häufig auftreten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen haben gezeigt, daß ein von den vorgenannten Innenfehlern praktisch freier Gießstrang dadurch erzielt werden kann, daß nahe der Kraterspitze des Gießstrangs mindestens zwei Paare von Reduktionswalzen angeordnet werden, die einen Walzenabstand von 200 - 420 mm besitzen und pro Paar einen Walzzug von 0,1 - 2,0% erzeugen, und daß der Gießstrang nahe der Kraterspitze reduziert wird.

Für das erfindungsgemäße Stranggießverfahren sind die Gründe für die Begrenzung des Reduktionswalzenabstands und des Walzzugs pro Reduktionswalzenpaar auf die angegebenen Werte nach-

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stehend unter Bezugnahme auf durchgeführte Versuche beschrieben.

Unter Verwendung einer experimentellen Modell-Stranggießmaschine mit gekrümmter Kokille und unter den folgenden Bedingungen

1) Gießstrangquerschnitt: 150 χ 500 mm

2) Stahlsorte: Stahl der 41 kg/mm²-Zug-

festigkeitsklasse für Grobblech

3) Gießtemperatür:der

Stahlschmelze: 1540 - 1550 C

4) Statischer Druck der ₂ Stahlschmelze: 8 kg/cm

wurde Stahl kontinuierlich bzw© im Strang gegossen, wobei der anfänglich auf 100 mm eingestellte Mindestwalζenabstand zweier Reduktionswalzenpaare fortschreitend in Stufen von 50 mm bis zu einem maximalen Walzenabstand von 500 mm vergrößert wurde«, Für jeden Walzenabstand wurde der Walzzug pro Reduktionswalzenpaar fortschreitend von 0% auf 0,1, 0,2, 0,5, 0,8, 1,0, 1,6, 2,0 und 3,0% variierte

Von jedem der auf diese Weise hergestellten Gießstränge wurden Proben entnommen, und das Vorhandensein von Schwefelausseigerung und Mittenporosität wurde als Anzeichen für Innenfehler des Gießstrangs, d.h_e als Innengüte-Indizes, gemessen,, Der Wert der Schwefelausseigerung wurde durch den Prozentsatz der Schwefelausseigerungs-Linienlänge (nachfolgend als "Ausseigerungslängenverhältnis" bezeichnet) angezeigt, die nach der folgenden Formel berechnet wurde:

Gesamtlänge der Schwefelausseigerungslinien _inn /«/\ Länge des Meßbereichs ^{x ιυυ VJe}' ·

Der Zustand der Bildung von Mittenporosität wurde durch Sichtprüfung untersuchte Bei der Auswertung wurde das beste nach dem herkömmlichen Stranggießverfahren erzielte Ausseigerungs-

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längenverhältnis von 20% als normal angenommen, während Werte von unter 20% als gut und solche von über 20% als schlecht eingestuft wurden₀ .bezüglich des Auftretens von Mittenporosität wurden die beim bisher angewandten Stranggießverfahren erzielten Mindestwerte der Mittenporosität als normal eingestuft, während ein Zustand mit geringerer Mittenporosität als gut und ein Zustand größerer Mittenporosität als schlecht eingestuft wurde ο

Die dabei erzielten Meßwerte sind in Fig_o 4 in Abhängigkeit von Walzenabstand und Walzzug angegeben,. In Figo 4 sind das Ausseigerungslängenverhältnis von 20% und der Normalzustand des Auftretens von Mittenporosität in Beziehung zueinander angegeben,, Wie aus Fig. 4 hervorgeht, führt ein kleinerer Walzenabstand zu einer verbesserten Innengüte des Gießstrangs bei jedem Walzzug, und die Verbesserung ist bei größerem Walzzug noch augenfälliger. Genauer gesagt: Bei entsprechender Erhöhung des Walzzugs pro Reduktionswalzenpaar und bei Verkleinerung des Walzenabstands wird das Ausseigerungslängenverhältnis, als Index für die Innengüte des Gießstrangs, kleiner, während die Größe oder Zahl der Mittenporosität, die ebenfalls ein Index für die Innengüte ist, in einem ähnlichen Grad abnimmt wie das Ausseigerungslängenverhältnis₀

Gemäß Fig. 4 bietet die Verkleinerung des Walzenabstands auf Werte unter 200 mm keine wesentliche Verbesserung der Innengüte des Gießstrangs β Noch ungünstiger ist dabei, daß ein auf unter 200 mm verringerter Walzenabstand die einwandfreie Walzenausfluchtung oder -ausrichtung erschwert und einen großen Arbeitsaufwand für die Wartung der Reduktionswalzen hervorruft, was zu einer komplizierteren Konstruktion und zu höheren Baukosten führte Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein unterer Grenzwert von 200 mm für den Walzenabstand vorgeschlagen. Wie ebenfalls aus Fig_e 4 hervorgeht, hat ein Walzenabstand von über 420 mm eine plötzliche Verschlechterung

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der Innengüte des G-ießstrangs bei jedem Walzzug zur Folge, weshalb der obere Grenzwert des Walzenabstands erfindungsgemäß auf 420 mm festgelegt wird₀

Ein bei diesem Gießstrang angewandter Walzzug von 2,0% ruft zahlreiche Innenrisse an der Liquidus-Solidus-Grenzfläche der Stahlschmelze nahe der Kraterspitze des Gießstrangs hervor und verschlechtert seine Innengüte₀ Erfindungsgemäß wird daher der obere Grenzwert des Walzzugs pro Reduktionswalzenpaar auf 2,0% festgelegte Bei einem Walzzug von unter 0,1% nähern sich sowohl das Ausseigerungslängenverhältnis als auch die Größe der Mittenporosität dem der Auswertung zugrundeliegenden Normalzustand an, so daß keine nennenswerte Verbesserung der Innengüte des Gießstrangs mehr zu beobachten ist. Außerdem führt ein auf unter 0,1% verringerter Walzzug zu einer sehr komplizierten Konstruktion, die höhere Baukosten erfordert, während außerdem die einwandfreie Walzenaus fluchtung oder -ausrichtung schwierig wird. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß der untere Grenzwert des Walzzugs pro Reduktionswalzenpaar auf 0,1% festgelegt.

Als nächstes wurde unter Verwendung einer experimentellen Modell-Stranggießmaschine mit geradliniger Kokille und unter den folgenden Bedingungen

1) Gießstrangquerschnitt: 150 χ 500 mm

41 kg/mm Grobblech

2) Stahlsorte: 41 kg/mm -Klasse für

3) Gießtemperatur der

Stahlschmelze: 1540 - 1550⁰C

4) Statischer Druck der 2 Stahlschmelze: 12 kg/cm

Stahl kontinuierlich vergossen, wobei der Walzenabstand und der Walzzug auf die gleiche Weise, wie vorstehend in Verbindung mit der Versuchs-Stranggießmaschine mit gekrümmter Kokille beschrieben, geändert wurden«

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Von jedem auf diese Weise hergestellten Gießstrang wurden Proben entnommen, an denen das Ausseigerungslängenverhältnis und das Auftreten von Mittenporositäten auf die gleiche Weise wie im vorher beschriebenen Fall untersucht wurden«, Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Fig. 5 in Beziehung zum Walzenabstand und zum Walzzug angegeben.

Gemäß Fig₀ 5 wurden praktisch die gleichen Ergebnisse erzielt wie im Fall von Fig„ 4. Hierdurch wird belegt, daß auch beim Stranggießen von Stahl mittels einer Maschine mit geradliniger Kokille die Innengüte des Gießstrangs, ebenso wie im Fall einer gekrümmten Kokille, erheblich verbessert werden kann, wenn folgende Einstellungen vorgenommen werden:

Walzenabstand der Reduktionswalzen von 200 - 420 mm

Walzzug pro Reduktionswalzenpaar von 0,1 - 2,0%_o

In Verbindung mit den beiden vorstehend erläuterten Versuchsbeispielen wurde das Stranggießen von Stahl bei der normalen Gieß temp era tür der Stahlschmelze beschrieben,, Im Fall einer niedrigen Gießtemperatur tritt das Kristallwachstum nicht nur von der Oberfläche aufgrund der Kühlung der Gießstrangoberfläche her, sondern auch im Inneren des Gießstrangs auf „ Aufgrund der Verteilung der hierbei resultierenden Ausseigerungen ist es schwierig, die Schwefelausseigerung als Ausseigerungslängenverhältnis auf vorher beschriebene Weise auszudrücken,. Bezüglich der Mittenporosität werden dagegen Meßergebnisse erzielt, die mit denen gemäß den Fig. 4 und 5 identisch sind₀

Im folgenden ist die Erfindung in einem Beispiel näher erläutert, bei dem eine industriell eingesetzte Stranggießmaschine verwendet wurde₀

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Beispiel

Es wurde eine industrielle Zweifachstranggießmaschine mit gekrümmter Kokille verwendet«, Die Reduktionswalzen für den Gießstrang A wurden im Reduktionswalzenabschnitt über eine Strecke von etwa 3 m hinweg auf einen innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegenden Walzenabstand von 260 mm eingestellt, während die Reduktionswalzen für den.Gießstrang B auf einen außerhalb des Erfindungsbereichs liegenden Walzenabstand von 540 mm eingestellt wurden. Der Walzzug pro Reduktionswalzenpaar wurde für den Gießstrang A auf einen erfindungsgemäßen Wert von 0,3% eingestellt, während er für den Gießstrang B auf einen innerhalb des Erfindungsrahmens liegenden Wert von 0,6% eingestellt wurde«,

Der Stahl wurde unter folgenden Bedingungen kontinuierlich gegossen:

1) Gießstrangquerschnitt: 250 χ 1900 mm

2) Stahlsorte: 41 kg/mm²-Klasse für

Grobblech

3) Gießtemperatur der Stahlschmelze: 1540 - 155O°C

4) Statischer Druck der Stahl- _? schmelze: 8 kg/cm

5) Gießgeschwindigkeit der

Stahlschmelze: 0,6 - 0,7 m/min₀

Bei jedem der auf diese Weise hergestellten Gießstränge A und B wurden das Ausseigerungslängenverhältnis und die Größe oder Zahl der Porositäten gemessen, wobei die im folgenden zusammengefaßten Ergebnisse erzielt wurden:

Index der Innengüte . . _.. „^ Ausseigerungslan- Mittenporo-

Art 2 genverhältnis si tat

Gießstrang A 11,0 gut

Gießstrang B 18,5 normal

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Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, besaß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gießstrang eine erheblich verbesserte Innengüte ohne Zentralausseigerungen oder innere Risse und mit praktisch nicht vorhandener Mittenporosität, was im Gegensatz zu dem nach einem nicht der Erfindung entsprechenden Verfahren hergestellten Gießstrang B steht.

Wie vorstehend im einzelnen erläutert, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die auf mechanischem Wege in einem Gießstrang entstehenden Ausbeulungen oder Ausbauchungen weitgehend ausgeschaltet werden und gleichzeitig innere Fehler des Gießstrangs, wie Zentralausseigerung, Mittenporosität und innere Risse, vermieden oder zumindest erheblich verringert werden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von fehlerfreien Gießsträngen vorgeschriebener Abmessungen ermöglicht und damit einen großen industriellen Nutzeffekt bietete

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Stranggießen von Stahl, bei dem mindestens zwei Paare von Reduktionswalzen in der Juane der Kraterspitze bzw«, des Kraterendes eines Gießstrangs angeordnet werden» wo die Erstarrung der Stahlschmelze im Gießsträng abgeschlossen ist, und der Gießstrang in der Mähe der Kraterspitze mittels der Reduktionswalzen reduziert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Reduktionswalzen in einem Walzenabstand von 200 - 420 mm angeordnet und auf einen Walzzug von 0,1 - 2,0$ pro Reduktionswalzenpaar eingestellt werden₀

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