DE2853867C2 - Verfahren zum Vermeiden von Rissen im Kantenbereich von in einer Stranggießkokille gegossenen Metallsträngen sowie Zusatzstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden von Rissen im Kantenbereich von Metallsträngen, die in einer Stranggießkokille gogossen sind, bei dem die Gießnut eines Gießrades teilweise durch ein Gießband abgedeckt wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Zusatzstoff sowie eine Vorrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens.

Es ist bekannt, daß Kombinationen der folgenden Faktoren bei gegossenen Stahlsträngen, wie sie durch übliche Metallgießmaschinen hergestellt werden, in engem Zusammenhang mit dem Auftreten oder Ausbleiben von Strangrissen stehen, insbesondere von Kantenrissen: Die Zusammensetzung des gegossenen Metalls oder der Metallegierung, insbesondere Legierungen, bei denen das Ausfallen von Bestandteilen problematisch ist; Geometrie und Abmessung der Stranggießkokille; Gießgeschwindigkeit; Rate der Gesamtkühlung und Gleichförmigkeit der Kühlung des Strangs. Von diesen Faktoren ist vorzugsweise nur die Zusammensetzung des zu gießenden Metalls festgelegt, abgesehen davon, daß die Geometrie der Stranggießkokille gewöhnlich während des Gießvorgangs nicht geändert werden kann oder allenfalls mit großen Schwierigkeiten. Viele andere Parameter sind variabel. Bei üblichen Gießrad-Band-Gießmaschinen hat man lange Zeit einen trapezförmigen Gießnutquerschnitt mit gerundeten Ecken am Boden als bestgeeignete Form angesehen, und zwar im Hinblick auf Lebensdauer des Gießrads, Muster der transversalen Verfestigung sowie im Hinblick auf das Herausziehen des Strangs aus der Gießnut (vgL etwa US-PS 38 18 972 und 38 34 444). Wenn jedoch bei trapezförmigen oder quadratischen Gießnutquerschnitten auch nur ein leichtes Biegen im heißen Zustand auftritt, kann es zu longitudinalen oder transversalen Strangrissen bei bestimmten Metallegierungen, beispielsweise bei Stahl, kommen, wenn die Kühlungsraten oder andere Kombinationen von Parametern innerhalb ihrer zulässigen Bereiche variiert werden.

Diese Rißbildungen werden der Schwierigkeit zugeschrieben, gewisse Kombinationen der obengenannten variablen Gießbedingungen zu erreichen, insbesondere, was den Wärmeübergang, die Kühlungsrate und die Legierungsbestandteile bei Verwendung einer festgelegten Geometrie der Kokille anbelangt. Es ist bekannt, daß einige Faktoren wichtiger sind als andere. Wenn beispielsweise gewisse Legierungsbestandteile zu Korngrenzen ausgefällt werden, dann verfestigen sich diese bei niedrigerer Temperatur als die prädominanten Bestandteile. Aufgrund der Eigenschaften des Wärmeübergangs üblicher quadratischer oder trapezförmiger Gießnuten bilden sich die intermetallischen Grenzen längs einer longitudinalen Linie, die sich von den Ecken erstreckt, insbesondere von den scharfen Ecken der trapezförmigen Gießnut, wodurch die Gefahr der Rißbildung des Strangs in diesem Bereich anwächst. Verschiedene Druckschriften zum Stande der Technik schlagen eine Änderung der Legierungszusammensetzung vor, um eine Änderung des Ausfällungsmusters zu erreichen, oder schlagen eine Änderung anderer Faktoren vor, beispielsweise der Kühlungs- oder Gießraten, um dadurch derartige Rißbildungen zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem für das Vermeiden oder die Verringerung von Rißbildungen ein anderer Weg beschritten wird, um dadurch die Komplizierung zu vermeiden, wie sie mit chemischen Einstellmaßnahmen verbunden ist und um die Unsicherheiten zu vermeiden, wie sie mit der Veränderung der Kühlungseigenschaften in Verbindung mit jeder einzelnen von verschiedenen Legierungen verbunden sind. Durch die Erfindung soll auch das Stranggießen von Legierungskombinationen ermöglicht werden, die andernfalls nur schwierig beherrschbar sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die US-PS 37 36 977 zeigt zwar die Verwendung von Dichtstoffen in Form brennbarer und nicht brennbarer Bänder oder dergleichen auf, die in die Ecken der Gießform von Plattenformcn eingelegt sind, die für das vertikale Gießen verwendet werden. Bei der in dieser Druck-

schrift aufgezeigten Anwendung werden die Bänder jedoch lediglich dazu benutzt, um ein Auslaufen geschmolzenen Metalls durch die Spalte zu verhindern, die an den Stoßfugen der Plattenform aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung diese» Platte gebildet werden. Durchbrüche und Verspritzen geschmolzenen Metalls können bei derartigen Gießverfahren auftreten, wenn man keine derartigen Vorkehrungen trifft Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf eine vollständig andere Anwendung von in die Kokille eingelegten Zusatzstoffen gerichtet nämlich eine Verringerung der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs in den Gießrad-Gießband-Eckräumen, da hierdurch in starkem Maße die Neigung zur Bildung von sowohl transversalen als auch Iongitudinalen Strangrissen vermindert wird. Die Kombination des Herabsetzens dieses Wärmeübergangs mit anderen Faktoren, beispielsweise gerundeten Gießnutecken, Veränderungen der Chemie des gegossenen Strangs durch die Zusammensetzung des Zusatzstoffes und dergleichen, begünstigt in s.:ärkerem Maße die Vermeidung derartiger Rißbildungen. Bei einer Stranggießmaschine vom Gießrad-Band-Typ erfolgt das Einführen wegschmeizbarer oder isolierender Zusatzstoffe oder Einrichtungen in den im wesentlichen trapezförmigen Formhohlraum, und zwar am Übergang zwischen Gießrad und Gießband, so, daß longitudinal oder transversale Eckrisse aufgrund der scharfen Kanten und/oder aufgrund des sich aufgrund der Wärmeabfuhr ergebenden Erstarrungsverhaltens in ausreichendem Maße vermieden werden, um eine günstigere transversale Erstarrung zu ermöglichen und dadurch Eckrisse zu vermindern oder auszuschließen.

Zusatzstoffe zur Durchführung der vorliegenden Erfindung können aus den verschiedensten Substanzen gebildet sein. Der Werkstoff kann metallisch oder nichtmetallisch sein, vorausgesetzt es tritt kein vollständiges Schmelzen oder Verdampfen oder dergleichen während des Zeitraums auf, wo dieser Werkstoff sich in Berührung mit dem geschmolzenem oder teilweise verfestigten Metall befindet, und vorausgesetzt, daß durch diesen Werkstoff die Rate des Wärmeübergangs in den Eckbereichen der Gießnut herabgesetzt wird. Niedrig schmelzende Metalle, wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, Zinnlegierungen, Kupfer, aber auch Stahl, können in bestimmten Anwendungsfällen Verwendung finden. Werkstoffe auf Kunststoff- oder Harzbasis können anwendbar sein, mit Vorteil finden jedoch Stoffe wie Papier, Pappmache, Asbest, Kunststoff. Phenolharze, Epoxydharze, Siliziumdioxydfaser, Glasfaser und Mischungen dieser Stoffe Anwendung. Die bevorzugt zu verwendenden Werkstoffe sind beim Gießen verschiedener, geschmolzener Metalle unterschiedlich. Damit der betreffende Werkstoff jedoch zufriedenstellend ist, muß er zumindest teilweise während der Zeitspanne fest bleiben, während deren er in Kontakt mit dem geschmolzenen oder teilweise verfestigten Metall in der Gießnut steht, so daß das geschmolzene Metall nicht in der Form der ursprünglichen Kokille erstarrt, also nicht mit einer scharfen oder rechteckigen Kante. Ein Werkstoff wie Papier, Glasfaser, Asbest oder niedrigschmelzendes Metall oder dergleichen kann als ununterbrochener Streifen mittels eines Spenders auf das flexible Gießband der Gießmaschine oder alternativ auf den Rand des Gießr-\ds aufgebracht werden. In jedem Falle muß das Materal so angebracht werden, daß es in dem Eckraum der Kokille verbleib!.

Beim Gieße'¹ einiger geschmolzener Metalle oder Metallegierungen kann es vorteilhaft sein, dem Zusatzstoff einen zusätzlichen Werkstoff hinzuzufügen, wie Zirkon, Titanoxyd, Graphit verkokbare Petroleumerzeugnisse, Aluminiumpulver, Eisenpulver oder Mischungen dieser Stoffe.

Die Kühlungsrate des Metalis kann beeinflußt Gder gesteuert werden, indem man die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Zusatzstoffes modifiziert Wenn es sich um Asbest oder dergleichen handelt, kann es zusätzlich mit einer Schlichte oder Beize behandelt sein, beispielsweise einer metallischen oder chemischen Beize, um dadurch einen noch besser geeigneten Formfilm, eine geschmolzene Metailhaut oder Beschichtung oder eine Formation daraus zu bilden.
Genauer gesagt wird absichtlich ein Zusatzstoff in die Gießmaschine an der Oberseite der Kokille eingebracht um den Querschnitt der Formhohlräume in ausreichender Weise so zu modifizieren, daß eine Eckabschrägung oder eine Eckabrundung oder eine äquivalente Formgebung zustande kommt und/oder daß die Rate der Wärmeabfuhr modifiziert wird, um das transversale Erstarrungsverhalten zu verändern. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel werden kurze, in Segmente unterteilte Blöcke am Gießband befestigt die einen abgeschrägten Teilbereich aufweisen, der vom Band gegen die Verbindungsstelle mit der Gießkokille ansteigt, um eine longitudinale Abschrägung an der sonst scnarf verlaufenden Eckkante des gegossenen Strangs hervorzurufen. In ähnlicher Weise können derartige kurze, in Segmente unterteilte Blöcke über Scharniere am Gießrad angeordnet sein oder können auf irgendeine andere Weise eingelegt werden.

Durch die Erfindung ist also ein Verfahren aufgezeigt, durch das longitudinales und transversales Reißen in den Eckbereichen des Strangs, wie es vielfach bei stranggegossenen Stahlsträngen aufgrund eines ungeeigneten Erstarrungsverhaltens auftritt, verringert oder ganz ausgeschaltet werden kann. Außerdem wird durch die Erfindung der Wärmeübergang von dem sich verfestigenden, gegossenen Strang auf die Kokille lediglich an den Eckbereichen verzögert.

Die Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von Metallsträngen, deren Bestandteile in einem größeren Bereich unterschiedlich sein können, bei lediglich kleinen Veränderungen der Herstellungsfaktoren. Dies wird bei der Erfindung durch die die Gießnutgestalt ändernden Mittel erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer photographischen Aufnähme des Querschnitts eines typischen, trapezförmig gestalteten Strangs, der auf einer Gießrad-Gießband-Maschine stranggegossen ist, wobei das beim Stand der Technik dabei auftretende Problem der iongitudinalen Kantenrisse sichtbar zutage tritt;

F i g. 2 eine schematisiert gezeichnete Darstellung eines durch Anwendung der Erfindung hergestellten Strangs:

F i g. 3a bis 3c schematisiert gezeichnete Darstellungen von Kokillenformen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung und

Fig.4a bis 4c schematisiert gezeichnete Darstellungen der sich bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nacheinander ergebenden, verschiedenen Beiriebszustände.

b5 Das bei der Erfindung angesprochene Problem ist am deutlichsten in F i g. 1 gezeigt, wo schwere longitudinale Kantenrisse bei einem gegossenen Strang 10 zu sehen sind, bei dem es sich um einen dem Stand der Technik

entsprechenden Strang handelt. Ein derartiger Strang 10 könnte normalerweise durch Nacharbeiten nicht verwendbar gemacht werden, auch nicht durch tiefes Abfräsen der Ecken.

F i g. 2 zeigt den Querschnitt eines unter Anwendung der Erfindung gegossenen Strangs 20. Der Strang 20 hat eine Breite IV, eine Tiefe d sowie Ecken, die, siehe Pfeil R, unter einem Krümmungsradius abgerundet sind. Der Strang 20 wurde in einer Stranggießkokille vom Gießrad-Gießband-Typ gefertigt, die eine Einrichtung zur Formgebung an den Ecken des gegossenen Strangs besitzt. Die Einrichtung zum Formen der Ecken oder Kanten des gegossenen Strangs kann in ähnlicher Weise ausgebildet sein, wie dies in F i g. 3a, 3b und 3c beispielsweise dargestellt ist. Fig.3a zeigt einen geformten Zusatzstoff 35, der zwischen Gießrad 32 und Gießband 31 eingelegt ist. Der Zusatzstoff kann isolierend oder leitend, wegschmelzend oder inert sein. In jedem Falle beeinflußt dieser Werkstoff das Erstarrungsverhaltcn des gegossenen Strangs durch Veränderung der Riehtung des Wärmeübergangs und beeinflußt dadurch die Lage der Korngrenzlinien sowie, ebenfalls aufgrund der Formgebung der Ecken, die Spannungen, die in dem gegossenen Strang aufgebaut werden, während dieser erstarrt. Fig.4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein runder, dreieckiger oder andersartig geformter Werkstoff 43 in die Kokillenecke in der Nähe des Übergangs zwischen Gießband 31 und Gießrad 32 eingelegt ist, um den Querschnitt des erzeugten, gegossenen Strangs zu verändern. Es ist vorteühaft, zu diesem Zweck eine Stange aus einem Werkstoff zuzuführen, der einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als das in der Kokille zu gießende Metall, so daß während des Eingießens des geschmolzenen Metalls die Stange teilweise geschmolzen wird, wie es in F i g. 4b bei 44 gezeigt ist, und durch den hydrostatischen Druck des geschmolzenen Metalls in die Verbindungs- oder Übergangsstelle zwischen Kokille und Gießband hineingedrückt wird, so daß beim Erstarren der zugeführte Werkstoff eine dreieckförmige Einlage 45 im Eckbereich der Kokille bildet, wie es in F i g. 4c dargestellt ist.

Sorgfältige Auswahl des Zusatzstoffes ermöglicht verschiedene Kombinationen von Vorteilen. Wenn beispielsweise ein nichtmetallischer, wegschmelzender Werkstoff gewählt wird, kann dessen Zusammensetzung so beschaffen sein, daß die Chemie des erstarrenden Metalls in den Eckbereichen so modifiziert wird, daß Verunreinigungen entfernt werden oder daß der gegossene Strang in diesen Bereichen zumindest zäh gemacht wird. Ein derartiger Werkstoff kann nach dem Gießen entfernt werden oder so ausgewählt sein, daß es sich während des Gießvorgangs abbaut Oder um ein anderes Beispiel zu nennen, kann ein metallischer Werkstoff ausgewählt werden, der sich mit dem Strang bindet, einen Teil desselben bildet und nach dem Gießen entfernt werden oder belassen werden kann, je nachdem, wie es gewünscht wird. Der Werkstoff für die Ekken kann auch die Form einer hohlen metallischen oder nichtmetallischen Röhre besitzen, die sich in die Kokillenecken aufgrund der hydrostatischen Kräfte des geschmolzenen Metalls hineinpreßt Bei einem anderen Beispiel kann ein flacher, bandförmiger Materialstreifen zwischen dem Gießband und dem Gießrad angebracht werden, um eine Änderung der Wärmeübergangsrate hervorzurufen oder die chemischen Verhältnisse in diesem Bereich zu beeinflussen. Die Anwendung eines solchen flachen Bandes oder Streifens erzeugt jedoch keine abgerundeten Kanten, wie dies bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Fall ist, falls der Werkstoffstreifen nicht bei Berührung mit dem zu gießenden, geschmolzenen Metall schmilzt.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist es wünschenswert, daß das die Ecken formende Mittel so gewählt ist, daß der erzeugte, gegossene Strang eine runde Kantenform aufweist, wobei der Krümmungsradius der abgerundeten Kante zumindest 10% der Ausdehnung der kürzeren Seite des gegosssenen Strangs beträgt. Wenn die Form beispielsweise 50,8 mm tief und 76,2 mm breit ist, dann sollten die Kanten einen Krümmungsradius von mindestens etwa 5,1 mm aufweisen, damit die Erstarrungsspannungen nicht zur Bildung von Eckrissen führen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vermeiden von Rissen im Kantenbereich von Metallsträngen, die in einer Stranggießkokille gegossen sind, bei der die Gießnut eines Gießrades teilweise durch ein Gießband abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet,daß in die zwischen dem Gießband und der Gießnut gebildeten Eckräume der Stranggießkokille ein Zusatzstoff kontinuierlich eingebracht wird.

2. Zusatzstoff für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er geeignet ist, die Wärmeübergangsgeschwindigkeiten in den Eckräumen der Stranggießkokille herabzusetzen.

3. Zusatzstoff für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er geeignet ist, den Querschniti der Stranggießkokille in den Eckräumen derselben zu modifizieren.

4. Zusatzstoff für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aufgrund der Gießhitze wegschmelzbar ist.

5. Zusatzstoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als den Querschnitt der Gießnut modifizierender Körper ausgebildet ist, der an dem gegossenen Strang eine runde Kantenform erzeugt mit einem Krümmungsradius der abgerundeten Kante, der mindestens 10% der Ausdehnung der kürzeren Seite des gegossenen Stranges beträgt.

6. Zusatzstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er durch den hydrostatischen Druck des geschmolzenen Metalls zu einem den betreffenden Eckraum der Stranggießkokille ausfüllenden Körper dreickförmigen Querschnitts formbar ist. j5

7. Zusatzstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form einer Röhre besitzt, die durch den hydrostatischen Druck des geschmolzenen Metalls in die Eckräume dur Stranggießkokille drückbar ist.

8. Zusatzstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Asbest, Papier, Pappmache, einem Glasfaserwerkstoff oder einer Mischung dieser Stoffe besteht.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung des Zusatzstoffes (35) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 an der Gießnut (32).

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung des Zusatzstoffes (35) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 an dem Gießband (31).