DE2651573A1

DE2651573A1 - Verfahren und vorrichtung zum sekundaerkuehlen eines metallstrangs

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Publication number: DE2651573A1
Application number: DE19762651573
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2651573C2; BR7707579A; ZA776756B; JPS5361527A; US4169498A; BE860675A; FR2370540A1

Description

Dr.-fng. Reimar König · Dipl.-Sng. Klaus Bergen Cecilienallee 76 -4 Düsseldorf 3D Telefon 452OOS Patentanwälte.

11.Nov. 1976 30 590 K

August Thyssen-Hütte Aktiengesellschaft

4100 Duisburg-Hamborn, Kaiser-Wilhelm-Straße 100

"Verfahren und Vorrichtung zum Sekundärkühlen eines

Metallstrangs"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sekundärkühlen eines Metallstrangs, insbesondere aus Stahl, durch mengengesteuertes Aufsprühen eines Kühlmediums in einzelnen Kühlbereichen mit Düsen, bei dem die Strangschale auf der Oberfläche jeweils flächenabschnittsweise, intermittierend infolge des Strangvorschubs, abgekühlt und durch die aus dem Stranginneren nachströmende Wärme wieder erwärmt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Stranggießen von Metallen wird unabhängig von dem jeweiligen Verfahren das flüssige Metall in einer wassergekühlten Kokille so weit vorgekühlt, daß aus der Kokille ein Strang mit einer verhältnismäßig dünnen erstarrten Strangschale austritt. Nach der Primärkühlung in der Kokille gelangt der Strang dann in eine Nachkühl- bzw. Sekundärkühlstrecke, in der er etwa bis zum völligen Durch erstarren üblicherweise mit Sprühwasser gekühlt wird. Je nach der Metallanalyse reagiert der Strang sehr empfindlich auf die Abkühlungsbedingungen, so daß es im Falle eines unangemessenen Kühlens leicht zum Entstehen von Rissen kommen kann.

Um der Rißbildung entgegenzuwirken, ist es bekannt, die Nach-

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kühlstrecke in mehrere Zonen aufzuteilen und den Strang von Kühlzone zu Kühlzone mit unterschiedlichen Kühlmittelmengen zu beaufschlagen. Die Abstufung der Kühlmittelmengen von Zone zu Z_Qne geschieht dabei üblicherweise unter Berücksichtigung der wachsenden Strangschale und dem damit geringer werdenden Wärmedurchgang. Die aufzubringenden Kühlmittelmengen sind unter anderem von der Zusammensetzung des Metalls, dem Strangquerschnitt, dem Wärmeübergang, der Oberflächenbeschaffenheit, der Dampfbildung an der Strangoberfläche, der Kühlmitteltemperatur, der kinetischen Energie des Kühlmediums sowie der Düsengeometrie abhängig.

Zum Einstellen der Kühlbedingungen über die Stranglänge sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen die Steuerung bzw. Regelung der Kühlmittelbeaufschlagung des Stranges, beispielsweise in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur, der Vorschubgeschwindigkeit oder dem Grad der bereits erfolgten Kühlung erfolgt.

Ein Verfahren zum Einstellen der Oberflächentemperatur des Stranges auf einen konstanten Wert über die Kühlzonen einer Nachkühlstrecke ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 960 671 bekannt. Bei diesem Verfahren soll der Strang unter Berücksichtigung der in Vorschubrichtung zunehmenden Schalendicke in jeder Kühlzone entsprechend dem mit zunehmender Schalendicke abnehmenden Wärmedurchgang gekühlt werden, und zwar derart, daß trotz intermittierenden Kühlens und Wiedererwärmens der Strangschale durch die aus dem Stranginneren nachströmende Wärme die Oberflächentemperatur des Stranges möglichst wenig von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Dies geschieht mit Hilfe einer Sollwertsteuerung auf Basis einer Messung der Oberflächentemperatur des Stranges unter Verwendung eines Rechners, in den die einzelnen Einflußgrößen wie Gießtemperat^r, Stranggeschwindigkeit und Oberflächentempe-

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ratur des Stranges eingegeben werden.

Im Hinblick auf die über den Strang gewünschte gleichmäßige Kühlung ist es erforderlich, die Kühlmittelmenge nachzuregeln, da es andernfalls beispielsweise bei einer unbeabsichtigten Verringerung der Strangvorschubgeschwindigkeit zu einem Überkühlen des Stranges kommen kann. Dem trägt eine aus der deutschen Auslegeschrift 1 117 267 bekannte Vorrichtung Rechnung, bei der die jeweils erforderliche Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von der Stranggeschwindigkeit gesteuert wird. Dies geschieht in der Weise, daß die Regelventile für die Kühlflüssigkeit durch den Strangabzugsmechanismus gesteuert und dementsprechend den Düsen bei höherer Abzugsgeschwindigkeit größere und bei abnehmender Stranggeschwindigkeit kleinere Kühlmittelmengen zugeführt werden.

Bei einer aus der deutschen Auslegeschrift 2 344 438 bekannten Sekundärkühlung sind die Kühlwassermengen für einzelne Oberflächenabschnitte des Kühlbereiches einstellbar. Hierfür werden zu Beginn des Gießens durch einen Rechner Sollwerte in Abhängigkeit von der Metallzusammensetzung, dem Strangquerschnitt und der Gießgeschwindigkeit vorgegeben und während des Gießens in Abhängigkeit von der Laufzeit unwirklicher Strangabschnitte von der Kokille bis zum entsprechenden Abschnitt des Kühlbereichs verändert.

In der Praxis hat sich nun aber gezeigt, daß trotz der Anwendung der bekannten Maßnahmen im oberflächennahen Bereich des Strangs häufig mehr oder weniger starke Risse auftreten. Derartige Risse, die zu erhöhtem Ausfall und Reparaturaufwand Anlaß geben, entstehen immer dann, wenn die als Folge der Abkühlung, der Gefügeumwandlung und der Strangbiegung auftretenden Spannungen von dem Strangwerkstoff unter den jeweils herrschenden Bedingungen nicht mehr aufgenommen werden können; d.h., wenn die jeweilige Bruchfestigkeit des Strangwerk-

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stoffes erreicht wird.

Um Risse im oberflächennahen Bereich des Strangs zu vermeiden, ging bisher das Bestreben dahin, das Entstehen überhöhter Spannungen in der Stranghaut durch relativ geringe Kühlmittelmengen zu vermeiden. Das hat jedoch nicht zum Erfolg geführt und sich insofern noch zusätzlich als nachteilig erwiesen, als damit ein langsameres Erstarren des Strangs und eine Verlängerung seiner Sumpftiefe verbunden ist₀ Dies führt zu ausgeprägten Mittenseigerungen und Inhomogenitäten mit einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften, der Schweißbarkeit und Innenfehlern beim Endprodukt; außerdem müssen niedrigere Strangvorschubgeschwindigkeiten mit höheren spezifischen Verarbeitungskosten, sowie längere Sekundärkühlstrecken mit höheren Anlagenkosten in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Sekundärkühlen eines Metallstrangs zu schaffen, das die Oberflächenfehler vermeidet und außerdem die Vorteile eines schnellen Durcherstarrens des Strangs gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Strangoberfläche derart intensiv zu kühlen, daß möglichst große Temperaturdifferenzen zwischen gekühlten und sich wiedererwärmenden Oberflächenabsennitten auftreten, dadurch entsprechend hohe relative Längenänderungen in diesen Abschnitten erzeugt werden, die mit den zugehörigen Spannungen zwischen Streckgrenze und Bruchfestigkeit eine Rekristallisation und Umwandlung des Stranggußgefüges in Gang setzen, die ihrerseits im oberflächennahen Bereich ein feinkörniges zur Vermeidung von Oberflächenfehlern besonders geeignetes Gefüge hervorrufen. Die intensive Kühlung führt dabei zwangsläufig zur Verkürzung der Erstarrungszeit des Strangquerschnitts und damit zur Ver-

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meidung der obengenannten Nachteile.

Im einzelnen "besteht die Erfindung darin, daß die jeder Düse in der Zeiteinheit zugeführte Kühlmittelmenge Q₊ nach Vorgabewerten der Kühlmittelmenge Qg, die jeder Strangoberflächeneinheit von einer Düse zugeführt wird, gesteuert wird, und daß die Kühlmittelmenge Q_a für die einzelnen durch einen Abstand χ der am weitesten von der Stranggießkokille entfernten Düse jedes Kühlbereichs von der Stranggießkokille in % der gesamten Sekundärkühlstrecke festgelegten Kühlbereiche auf Werte eingestellt wird, die in einer graphischen Darstellung der Kühlmittelmenge Q„ über der Sekundärkühlstrecke zwischen den Schnittpunkten der am Ort der am weitesten von der Stranggießkokille entfernten Düse der auf der Abszisse aufgetragenen einzelnen Kühlbereiche errichteten Senkrechten mit den Kurven aus den Formeln

^QS1 = - 0,3627 . 10~⁷ x⁵ + 9,5677 . 10~⁶ x⁴

- 0,08935 t 10~² x³

+ 0,03560 , x²

- 0,8029 . x +34,27

Q₃₂ = - 5,08378 . 10~⁹ x⁶

+ 1,780545 . 10"⁶ x⁵

- 2,413606 . 10~⁴x⁴ + 1,56592 . 10~² x³

- 0,46323 . x² + 2,607 . x

- - + 176,8

liegen. Die Vorgabewerte sind so bemessen, daß die in der Strangschale im oberflächennahen Bereich in benachbarten Flächenabschnitten auftretenden örtlichen Zug- und Druck-

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spannungen, die zwischen der Streckgrenze und der Bruchfestigkeit liegen, eine Rekristallisation und Gefügeumwandlung verursachen, durch die ein zur Vermeidung von Oberflächenfehlern besonders geeignetes Gefüge entsteht. Die Vorgabewerte entsprechen der Kühlmittelmenge, mit der eine Strangoberflächeneinheit beim Durchfahren des Spritzbereichs einer Düse beaufschlagt worden ist. Die Vorgabewerte sind demnach ein Maß für die Abkühlung, die jede Strangoberflächeneinheit beim Durchfahren des Spritzbereichs einer Düse erfahren hat. Die Düsen sind so ausgewählt und ihre Sprühfächer so angeordnet, daß jede Strangoberflächeneinheit möglichst gleichartig und gleich stark abgekühlt wird.

Vorzugsweise wird die Kühlmittelmenge Qq innerhalb der einzelnen Kühlbereiche konstant gehalten. Hierbei kann die Sekundärkühlung in mehrere Betriebsphasen untergliedert sein, innerhalb derer die Kühlmittelmenge Qg von Kühlbereich zu Kühlbereich jedoch in allen Betriebsphasen unterschiedlich ist.

Gemäß einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung erhält die Kühlmittelmenge Qq die Werte, die zwischen den Schnittpunkten der Werte χ jedes einzelnen Kühlbereichs mit den Kurven aus den Formeln

Q_S3 = - 0,^5556 . 10~⁷ x⁵

+ 0,120184 . 10~⁴ x⁴

- 0,112241 . 10~² x³
+ 0,44719 . 10~¹ x²

- 1,009 . x
+43,11

^und -Q 6

Q = - 5,08378 . 10 ^y x°

— fs R

+ 1,780545 . 10 V

- 2,413606 . 10~⁴ x⁴

1,56592 . 10~² x³

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- 0,46323 . χ² + 2,607 . x + 176,8

liegen.

Die Vorgabewerte Qg sind für jede Spritzdüse innerhalb eines Kühlbereichs konstant, von Kühlbereich zu Kühlbereich jedoch unterschiedlich. Die Vorgabewerte Qn sind im Bereich hoher Strangoberflächentemperaturen, d.h. eines hohen Formänderungsvermögens des Strangwerkstoffes und hoher Elastizität des Strangquerschnitts besonders hoch und verringern sich mit abnehmender Temperatur in dem Maße, wie das abnehmende Formänderungsvermögen und die geringer werdende Elastizität den ohne die Gefahr einer Rißbildung möglichen Grad plastischer Verformung verringert. Jede Flächeneinheit wird durch die Lehre der Erfindung einer Intensivkühlung unterworfen, die das vom Werkstoff, seiner Temperatur, der Gefügeausbildung und den Ausscheidungen abhängige Verformungsvermögen ohne Rißbildung ausschöpft.

Im praktischen Betrieb ist die Sekundärkühlstrecke in drei bis acht in Strangvorschubrichtung angeordnete Kühlbereiche, vorzugsweise in sechs Kühlbereiche, unterteilt. Die Zeit, in der sich ein Strang durch die Sekundärkühlstrecke bewegt, ist in mehrere Betriebsphasen, vorzugsweise in drei Betriebsphasen, untergliedert, und zwar

Anfahrbeginn bis Anfahrende (Eintritt des Stranganfangs in die Sekundärkühlstrecke bis Ende des Aufheizens der Anlage und Erreichen der maximalen Sumpftiefe)

Anfahrende bis Gießende

(bis Ende der Stahlzufuhr in die Kokille)

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Gießende bis Ausfahrende (bis Strangende verläßt die Sekundärkühlstrecke).

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß sich die Abkühlverhältnisse des Strangs infolge von Änderungen in der Kühlung, wie Aufheizen der Stranggießanlage durch den Strang und Wachsen der Sumpftiefe im Strang nach Gießbeginn, sowie Abbruch der Stahlzufuhr, Reduzierung der Sumpftiefe und das Abdeckein des Strangendes bei bzw. nach Gießende, wesentlich ändern, entspricht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die je Oberflächeneinheit aufgebrachte Kühlmittelmenge Qq in der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende" einem bestimmten Vorgabewert, der größer ist, als der Vorgabewert in den anderen Betriebsphasen. Vorzugsweise liegt der Vorgabewert während der Betriebsphase "Anfahrbeginn bis Anfahrende" nicht unter 70% der Vorgabewerte der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende" und weisen in den einzelnen Kühlbereichen in Strangvorschubrichtung die Vorgabewerte während des Anfahrens fallende Prozentsätze und während des Ausfahrens steigende Prozentsätze auf. In jeder Betriebsphase sind die Vorgabewerte innerhalb jeden Kühlbereiches konstant und unabhängig von einer Änderung der Strangvorschubgeschwindigkeit.

Es ist vorteilhaft, wenn die Vorgabewerte während der Betriebsphase "Gießende bis Ausfahrende" mindestens 20% der Vorgabewerte der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende" betragen.

Die Spritzdüsen der Kühlbereiche werden in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung in ihrem Abstand in Richtung des Strangvorschubs und senkrecht dazu vorzugsweise derart angeordnet, daß im strangoberflächennahen Bereich sowohl in Strangvorschubrichtung als auch senkrecht dazu gekühlte, unter Zugspannung stehende mit wiedererwärmten unter Druckspannung stehenden Bereichen abwechseln und die unter Zug-

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spannung stehenden Bereiche von den unter Druckspannung stehenden Bereichen völlig umschlossen sind. Dies garantiert einen möglichst großen Spannungsspitzenausgleich zwischen den geküliten und den wiedererwärmten Bereichen und vermeidet ein Erreichen der Bruchfestigkeit. Ein optimaler Spannungsspitzenausgleich zwischen den vom Kühlmittel beaufschlagten, unter Zugspannung stehenden und den vom Kühlmittel nicht mehr beaufschlagten, aus dem Stranginneren wiedererwärmten und demzufolge unter Druckspannung stehenden Öberflächenbereichen ergibt sich, wenn die Zugspannungsbereiche in Strangvorschubrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und die Form von gegen die Senkrechte zur Strangachse um beispielsweise 5 bis 35 verdrehter Rechtecke, scywie sie sich aus dem Sprühbild von Rechteckstrahldüsen ergeben, besitzen.

Die versetzte Anordnung der Zugspannungsbereiche in zwei oder mehreren Düsenebenen führt dazu, daß die in einer besprühten Fläche in Strangvorschubrichtung und senkrecht dazu zwangsläufig auftretenden unterschiedlichen Kühl- und damit Spannungsintensitäten beim Durchfahren der verschiedenen Düsenebenen ausgeglichen werden.

Die gegen die Senkrechte zur Strangachse verdrehten Zugsp_annungsbereiche führen zu einer Untergliederung des einer Düsenebene zugeordneten Sprühbereiches in einzelne Düsensprühbereiche und ermöglichen dadurch ein völliges Umschließen der Zugspannungsbereiche durch Druckspannungsbereiche, ohne daß irgendein Strangoberflächenelement beim Durchfahren einer Düsenebene nicht besprüht wird. Durch das Verdrehen der Düsen-sprühbereiche entfallen außerdem die Störungen und Behinderungen in der Ausbildung der Sprühfächer nebeneinander liegender, nicht verdrehter Düsensprühbereiche, die darin bestehen, daß es im Überlappungsbereich zum Aufstau von Kühlflüssigkeit vor

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/f¥

dem Erreichen der Strangoberfläche kommt.

Im Hinblick auf ein ausreichend strakes Wiedererwärmen der Strangoberfläche mit hinreichend hohen Druckspannungen in den nicht besprühten Bereichen, können erfingungsgemäß die Spritzdüsen in Richtung des Strangvorschubs und in ihrem Abstand von der Strangoberfläche derart angeordnet sein, daß sich ein in Strangvorschubrichtung ständig abfallendes Verhältnis von bespriiter zu nichtbesprühter Strangoberfläche ergibt.

Erfindungsgemäß stellen sich besondere Vorteile ein, wenn der Strang auf der Losseite nach Verlassen der Sekundärkühlstrecke im Bereich der Biegelinie eine Oberflächentemperatur von 700 bis 850 C aufweist und die Oberflächentemperatur durch Erwärmen von innen ein relatives Maximum erreicht, weil dadurch Druckspannungen als Vorspannung für die während des Biegens entstehenden Zugspannungen erzeugt werden.

Schließlich sollte die Oberflächentemperatur des Stranges auf der Festseite direkt nach der Sekundärkühlstrecke gleich groß sein wie auf der Losseite, im Bereich der Biegereaktionsrolle jedoch höher, vorzugsweise etwa 50⁰C höher sein als auf der Losseite, damit beim Biegen des Strages die neutrale Faser in Richtung auf die Losseite verschoben ist, was zu einer niedrigeren Biegezugspannung in der Losseite führt. Der erforderliche Temperaturunterschied läßt sich durch eine Kühlmittelbeaufschlagung und/oder durch eine Erhöhung des Wärmeentzuges infolge Strahlung auf der Losseite des Stranges einerseits und/oder durch wärmedämmende Maßnahmen auf der Festseite andererseits erreichen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Sekundärkühlen eines Metallstranges ist dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in den einzelnen Kühlbereichen unter Meidung einer Überschneidung ihrer Sprühkegel angeordnet sind. Mit Vorteil können die Düsen

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derart in Bezug zur Strangoberfläche angeordnet sein, daß der von ihnen mit Kühlmittel beaufschlagte Bereich die Form von gegen die Senkrechte zur Strangachse um einen Winkel J— verdrehter Rechtecke besitzt. Der Verdrehwinkel kann zwischen und 35° betragen.

Weitere Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Vorgabewerte der Kühlmittelmenge Qg für sechs einzelne Kühlbereiche einer Sekundärkühlstrecke einer Stranggießanlage in der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende",

Fig. 2 eine schematisierte Anordnung von Spritzdüsen an Spritzlatten und die zugehörigen Sprühbereiche gemäß Stand der Technik,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung von Spritzdüsen,

Fig. 4 die Änderung der Strangvorschubgeschwindxgkeit v, der Kühlmittelmenge Je Zeiteinheit Q^ und der Kühlmittelmenge je Strangoberflächeneinheit Qg mit der Zeit t von "Anfahrbeginn bis Ausfahrende" und

Fig. 5 einen Treibrichter einer Stranggießanlage mit Temperaturmeßstellen in Seitenansicht und Draufsicht sowie den Verlauf der Strangoberflächentemperaturen auf der Los- und der Festseite eines Strangs.

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/ο

In Fig. 1 sind die Vorgabewerte der Kühlmittelmenge je Strang-Oberflächeneinheit (l/m ) für eine Düse jeder Spritzlatte der gesamten Sekundärkühlstrecke einer Stranggießanlage auf der Ordinate und die Nummern 1 bis 48 der Spritzlatten auf der Abszisse aufgetragen. Dabei ist die Sekundärkühlstrecke in sechs Kühlbereiche unterteilt; die Spritzlatten 1 bis 3 bilden den ersten, die Spritzlatten 4 bis 9 den zweiten, die Spritzlatten 10 bis 21 den dritten, die Spritzlatten 22 bis den vierten, die Spritzlatten 32 bis 38 den fünften und die Spritzlatten 39 bis 48 den sechsten Kühlbereich. Die Werte der Kühlmittelmenge Qg gelten für die Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende". Es versteht sich, daß die Werte nur für eine bestimmte Qualitätsgruppe und eine Stranggießanlage gel-

Fig. 2 zeigt versetzt angeordnete Düsen 1 dreier Spritzlatten 2, deren Sprühbereiche 3 im Bereich 4 einander geradlinig überlappen. In Fig. 3 sind bei gleicher versetzter Anordnung der Düsen 1 in den Spritzlatten 2 deren Sprühbereiche 5 um den Winkel aC gegen die Senkrechte zur Achse des Stranges 6 verdreht, womit eine Lehre der Erfindung schematisch dargestellt ist. Die verdrehten Sprühbereiche führen zu einem völligen Umschließen der besprühten Bereiche durch nicht besprühte Bereiche und damit zu einem optimalen Spannungsspitzenausgleich zwischen den beiden Bereichen, ohne daß ein Strangoberflächenbereich beim Durchfahren einer Düsenebene nicht besprüht wird. Außerdem entfallen durch das Verdrehen der Düsensprühbereiche Störungen und Behinderungen in der Ausbildung der Sprühfächer, wie sie bei den Überlappungen gemäß Fig. 2 auftreten können.

In Fig. 4 sind über der Gießzeit t (min) die Strangvorschubgeschwindigkeit ν (m/min), die für eine Düse für die drei Betriebsphasen "Anfahrbeginn bis Anfahrende", "Anfahrende bis

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Gießende" und "Gießende bis Ausfahrende" vorgegebenen Kühlmittelmengen je Strangoberflächeneinheit Qg (l/m ) und die zugehörige Kühlmittelmenge je Zeiteinheit Q. (l/min) aufgetragen.

Der in Fig. 5 dargestellte T_reibrichter besteht aus neun Rollen 7,8, einer Biegerolle 9 und einer Biegereaktionsrolle 1.0; er besitzt fünf Temp eraturmeß stell en 11 bis 15, die zur Kontrolle hinter der Sekundärkühlstrecke im Bereich des Treibrichters einander gegenüberliegend in der Mitte der Losseite und der Festseite des Stranges angeordnet sind. Die Meßstellen 12 und 13 sind unmittelbar vor bzw., hinter der Biegereaktionsrolle 10 in der Mitte der Losseite angeordnet. Die Meßstelle 15 liegt gegenüber der Meßstelle 12 vor der Biegereaktionsrolle 10 in der.Mitte der Festseite. Das Einhalten der für die fünf Temperaturmeßstellen vorgegebenen Sollwerte bedeutet, daß die Strangoberfläche und das Stranginnere die vorgesehene Abkühlung im Sekundärkühlbereich erfahren haben, in der Losseite des Stranges im Bereich der Biegelinie Druckspannungen als Vorspannung für die während des Biegens auftretenden Zugspannungen aufgebaut wurden und sich außerdem die neutrale Faser im Biegequerschnitt zur Reduzierung der Biege Zugspannungen in Richtung der Losseite verschoben hat.

In Fig. 5 ist weiterhin der Verlauf der Strangoberflächentemperaturen auf der Los- und der Festseite des Stranges 6 sowie die Lage der Biegelinie 16 dargestellt.

Eine Charge von 150 t Stahl der Zusammensetzung:

0,06	bis	0,09	%	Kohlenstoff
0,2	bis	0,3	%	Silizium
1,45	bis	1,60	%	Mangan
0,04	bis	0,05	%	Niob

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4*

0,025 bis 0,045 % Aluminium

0,07 bis 0,09 % Vanadin
< 0,015 % Phosphor
^. 0,006 % Schwefel

Rest Eisen

wurde mit einer Temperatur von 1568 C in eine wassergekühlte Kupferkokille mit einer Höhe von 700 mm, einer Breite von 2100 mm und einer Dicke von 300 mm gegossen. Die vorgegebene Strangvorschubgeschwindigkeit betrug 500 mm/min bis Gießende und ab Gießende 700 mm/min. Die Sekundärkühlstrecke von insgesamt 15 m Länge war in sechs Kühlbereiche untergliedert (Fig. 1), wobei die Spritzlatten 2 gemäß Fig. 3 mit Düsen 1 bestückt waren und der Winkel «·*- 15° betrug. Als Sekundärkühlmittel wurde Wasser verwandt mit einer Temperatur von 25 bis 3O⁰C
3,5 bar.

bis 3O⁰C und einem Druck vor den Spritzlatten 2 von 1,5 bis

In den einzelnen Kühlbereichen galten während der einzelnen Betriebsphasen folgende Vorgabewerte für die Kühlmittelmenge Qg, nach denen die jeder Düse 1 zugeführten Kühlmittelmengen je Zeiteinheit Q, gesteuert wurden:

Entfernung der Spritzdüsen von der Stranggießkokille in % der gesamten Sekundärkühlstrecke

0	- 1,7
> 1,7	- 10
> 10	- 30
>30	- 50
>50	- 70
>70	-100

Anfahren (l/m²)	Anfahrende bis Gieß ende	Ausfahren (l/m²)
83,5	87	17,4
78,1	84,4	18,7
45	50	19,7
32,6	37	27,8
24,2	28	22
20,4	24	18,9

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Die Betriebsphasen "Anfahren" bzw. "Ausfahren" dauerten für die einzelnen Kühlbereiche max. 30 Minuten bzw. 21 Minuten. Während jeder Betriebsphase blieben die Vorgabewerte Q_s unabhängig von einer Änderung der Strangvorschubgeschwindigkeit konstant (Fig. 4).

Zur Kontrolle der Steuerung der Kühlmittelmengen in den einzelnen Kühlbereichen wurden die Oberflächentemperaturen des Stranges nach dem Verlassen der Sekundärkühlstrecke an fünf Meßstellen 11 bis 15 ermittelt (Fig. 5). Die gemessenen
Temperaturen ergaben Übereinstimmung mit den Sollwerten.

Die einzelnen Strangriegel wurden nach einer Abkühlung auf
dem Kühlbett bis ca. 400 C in Stapeln aufgeschichtet und an ruhender Luft abgekühlt. Alle Strangriegel erfuhren in der
Sekundärkühlstrecke eine gleiche und intensive Abkühlung mit dem Ergebnis fehlerfreier Oberflächen, die ein Flämmen oder Schleifen der Riegel vor dem Einsatz im Walzwerk überflüssig machte. Bei aus den Strangriegeln hergestellten Grobblechen ergab sich kein Ausfall wegen Oberflächen- oder Innenfehlern. Mikroskopische Untersuchungen der Bleche ergaben keine Mittenseigerungen.

Insgesamt gesehen bringt das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile mit sich; so erfordert die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielte bessere Oberflächenbeschaffenheit des Materials keine bzw. wesentlich weniger
Putz-, Flamm- und Schleifarbeit und führt zur Reduzierung
des Ausfalls bei den rohen Strangriegeln und hieraus gefertigten Blechen.

Darüber hinaus sind die Stranggußriegel durch verminderte
Seigerungen und Inhomogenitäten gekennzeichnet, woraus sich beim Endprodukt eine Verbesserung der Schweißbarkeit, der

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mechanischen Eigenschaften und des Ausfalls infolge von Innenfehlern ergibt.

Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren das Stranggießen besonders rißanfälliger und seigerungsgefährdeter Werkstoffe sowie dickerer Querschnitte, wodurch erhebliche Kostenvorteile gegenüber der bisherigen Herstellungsweise aus Standguß erzielt werden.

Außerdem ergibt sich wegen der intensiven Kühlung eine schnellere Durcherstarrung des Stranges und dadurch eine Verkürzung seiner Sumpftiefe, was zu höheren Strangvorschubgeschwindigkeiten mit niedrigeren spezifischen Verarbeitungskosten und kürzeren Sekundärkühlstrecken mit niedrigeren Anlagenkosten führt.

Weiterhin führt die niedrigere Wärmebelastung der Anlagenteile zu einem geringeren Verschleiß und demzufolge zu verminderten Instandhaltungs- und Reparaturkosten.

Schließlich besteht bei Anwendung eines Kühlverfahrens gemäß der Erfindung die Möglichkeit, die gesamte Stranggußanlage wesentlich einfacher und daher kostensparender zu konstruieren und zu bauen.

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Leerseite

Claims

August Thyssen-Hütte Aktiengesellschaft 4100 Duisburg-Hamborn, Kaiser-Wilhelm-Straße 100 Patentansprü ehe:

1. Verfahren zum Sekundärkühlen eines Metallstrangs, insbesondere aus Stahl, durch mengengesteuertes Aufsprühen eines Kühlmediums in einzelnen Kühlbereichen mit Düsen, bei dem die Strangschale auf der Oberfläche jeweilsflachenabschnittweise, intermittierend infolge des Strangvorschubs abgekühlt und durch die aus dem Stranginnern nachströmende Warme wieder erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Düse in der Zeiteinheit zugeführte Kühlmittelmenge CL. nach Vorgabewerten der Kühlmittelmenge Qg, die jeder Strangoberflächeneinheit von einer Düse zugeführt wird, gesteuert wird, und daß die Kühlmittelmenge Qg für die einzelnen durch einen Abstand χ der am weitesten von der Stranggießkokille entfernten Düse jedes Kühlbereichs von der Stranggießkokille in % der gesamten Sekundärkühlstrecke festgelegten Kühlbereiche auf Werte eingestellt wird, die in einer graphischen Darstellung der Kühlmittelmenge Qg über der Sekundärkühlstrecke zwischen den Schnittpunkten der am Ort der am weitesten γοη der Stranggießkokille entfernten Düse der auf der Abszisse aufgetragenen einzelnen Kühlbereiche errichteten Senkrechten mit den Kurven aus den Formeln

Q_Q4 = - 0,3627 .1O*⁷

Γ⁶ ,-2

S1 r- ,

+ 9,5677 .10~^b x^

-0,08935 .10

+0,03560 . x²

-0,8029 . x +34,27

80 9 82 1 /005 3

und Qg₂ = - 5,08378 .10 χ

"9 6

1,780545 .10"⁶ χ⁵ -U h. 2,413606 .10 χ

1,56592 .1θ"² χ³ 0,46323 . χ²

+ 2,607 + 176,8 liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, daß die Kühlmittelmenge Qg innerhalb der einzelnen Kühlbereiche konstant gehalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkühlung in mehrere, vorzugsweise in drei, Betriebsphasen "Anfahrbeginn bis Anfahrende","Anfahrende bis Gießende" und "Gießende bis Ausfahrende" untergliedert wird, innerhalb derer die Kühlmittelmenge Q„ in der Zwischenphase "Anfahrende bis Gießende" größer als in den anderen Betriebsphasen und von Kühlbereich zu Kühlbereich in allen Betriebsphasen unterschiedlich ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eichnet, daß die Kühlmittelmenge Q₀ die Werte erhält, die zwischen den Schnittpunkten der Werte χ jedes einzelnen Kühlbereichs mit den Kurven aus den Formeln

Q = - 0,45556 .10~⁷ χ⁵

&J -4 4

+ 0,120184 .10 x^

- 0,112241 .10"² x³ + 0,44719 .10~¹ x²

- 1,009 . x + 43,11

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2 f S 15 7 3

^QS2 = _ 5,08378 .·10"⁹ χ⁶ + 1,780545 .ΙΟ"⁶ χ⁵ — 2,413606 .ΙΟ"⁴ χ⁴ + 1,56592 .ΙΟ"² χ⁵ — 0,46323 • χ² + 2,607 • X + 176,8

liegen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabewerte während der Betriebsphase "Anfahrbeginn bis Anfahrende" mindestens 70% der Vorgabewerte der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende" betragen und in den einzelnen Kühlbereichen in Strangvorschubrichtung fallende Prozentsätze aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabewerte während der Betriebsphase "Gießende bis Ausfahrende" mindestens 20% der Vorgabewerte der Betriebsphase "Anfahrende bis Gießende" betragen und in den einzelnen Kühlbereichen in Strangvorschubrichtung steigende Prozentsätze aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zugspannungsbereich von einem Druckspannungsbereich umgeben ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelbeaufschlagten Bereiche die Form gegen die Strangachse verdrehter Rechtecke besitzen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der vom Kühlmittel beaufschlagten zu den nicht beaufschlagten Bereichen in Strangvorschubrichtung geringer wird.

809821/0Ö53
ORIGINAL INSPECTED

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strangabschnitt im Bereich der Biegelinie eine Oberflächentemperatur zwischen 700 und 850⁰C aufweist und die Oberflächentemperatur jedes Strangelements bei dessen Durchlauf durch den Treibrichter im Bereich der Biegereaktionsrolle ein relatives Maximum aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur des Stranges im Bereich der Biegereaktionsrolle auf der Losseite niedriger als auf der Festseite ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in den einzelnen Kühlbereichen unter Meidung einer Überschneidung ihrer Sprühkegel angeordnet sind.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn¹ zeichnet, daß die Düsen derart in bezug zur Strangoberfläche angeordnet sind, daß der von ihnen mit Kühlmittel beaufschlagte Bereich die Form von gegen die Senkrechte zur Strangachse um einen Winkel «^verdrehter Rechtecke besitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehwinkel ow zwischen 5 und 35° beträgt.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung in jeder Düsenebene einen über die Strangbreite in Strangvorschubrichtung lückenlosen Sprühbereich ergibt.

809821/00B3