DE2853868C2 - Verfahren zum Stranggießen von Stahl sowie dementsprechend hergestellter Stahlstrang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggießen von Stahl mittels einer Stranggießkokille vom Gießrad-Gießband-Typ, bei dem die Wände der Stranggießkokille gekühlt werden. Außerdem betrifft die Erfindung einen nach einem entsprechenden Verfahren hergestellten Stahlstrang.

Aus der DE-OS 23 10 143 ist bereits eine Gießrad-Gic.ßband-Stranggießmaschine bekannt, deren Gießrad von einem Gießmantcl abnehmbar umgeben ist, der eine innere Wandung der Stranggießkokille bildet, welche in der Gießzone von einem beweglichen Gießband verschlossen ist. Bei der Durchführung üblicher Gießverfahren erhält man bei Verwendung einer solchen Maschine nur dann hochwertige Gußerzeugnisse, wenn es sich um bestimmte Nicht-Eisenmetalle handelt, beispielsweise um Aluminium oder Kupfer sowie Legierungen diest-r Metalle. Obgleich sich in der genannten DF.-OS 2J 10 143 die Bemerkung findet, daß die betreffende Maschine auch für das Gießen von Stahl und Edelstahl in Frage komme, war es bislang jedoch nicht möglich, unter Anwendung von Gießrad-Gießband-Stranggießmaschinen aus Stahllegierungen ausreichend hochwertige Gußerzeugnisse herzustellen, d. h. Stränge mit gewünschten Gefüge-Eigenschaften. Es ist daher üblich, anstelle von Gießrad-Gießband-Maschinen zum Stranggießen von Stahl die bekannten Junghans- oder Concast-Systeme anzuwenden, bei denen kurze, vertikal angeordßete, hin- und her schwingende Kokillen Verwendung finden. In nachteiliger Weise besteht dabei die Gefahr, daß der erhaltene Strang Oberflächendefekte aufweist, beispielsweise ringförmige Oberflächennarben (Schwingmarken):

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, das es ermöglicht, unter Verwen- dung einer Stranggießmaschine vom Gießrad-Gießband-Typ ein Stahlerzeugnis herzustellen, dessen Mikrogefüge eine durchschnittliche gleichachsige (äquiaxiale) Korngröße von weniger als 0,8 mm, gemessen im longitudinalen Schnitt, und eine durchschnittliche ko lumnare Kornlänge von weniger als 3.5 mm, gemessen im kurzen Transversalschnitt, zeigt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Wie sich gezeigt hat, weisen die unter Durchführung dieses Verfahrens erhal tenen Stahlstränge die gewünschten Gefüge-Eigen schaften und insbesondere ein noch feinkörnigeres Gefüge auf als nach asm Junghans- oder Concast-System hergestellte Erzeugnisse. Merkmale von Stahlsträngen, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind, sind in den Patentansprüchen 3 bis 8 gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert Es zeigt F i g. 1 eine schematisch vereinfacht gezeichnete Sei tenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Stranggieß einrichtung mit einer Gießmaschine, die ein drehbares Gießrad mit einer am Umfang desselben ausgebildeten Gießnut besitzt sowie ein endloses Metallband, das einen Längenabschnitt der Gießnut a-r'ichtet, und

F i g. 2 bis 11 Histogramme, in denen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahl-Strangerzeugnisses sowie eines anderen Stahl-Strangerzeugnisses dargestellt sind, das durch ein bekanntes Stranggießverfahren hergestellt wurde.

F i g. 1 zeigt ein Gießrad 10 mit einem Radius von \2 m, mit einer Nut in seinem Umfang sowie mit einem endlosen, flexiblen Band 11, das durch Tragrollen 12,13 und 14 geführt ist und an einem Längenbereich der Gießnut angelegt wird. Die Tragrolle 12 für das Band ist

M) der Stelle am Gießrad 10 benachbart, wo geschmolzener Stahl durch einen Eingußtiegel 16 in eine Gießform M eingegossen wird, die durch das Band 11 und eine im Umfang rings um das Gießrad 10 ausgebildete Gießnut G gebildet wird. Die Tragrolle 14 des Bandes ist in der Nähe derjenigen Stelle am Gießrad 10 angeordnet, an der das teilweise verfestigte Metall vom Gießrad 10 abgeführt wird. Die Außenflächen des Gießrads und des Bandes werden fortwährend durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, beispielsweise durch Besprühen mit Kühlflüs sigkeit mittels Düsen S\ am inneren Bereich der Gießnut und durch nicht gezeigte Düsen, die sich von Kühlgehäusen S-i, Sj und 5» erstrecken, die um den Außenbereich der im Umfang des Gießrads befindlichen Nut herum angeordnet sind. Jede Düse kann für sich einstell-

t,5 bar sein, um das Volumen der durch sie versprühten Flüssigkeit einzustellen, und die die Kühlflüssigkeit zu den Düsen zuführenden Leitungen sind durch einstellbare Ventile steuerbar, um den Kühlmittelzufluß einzu-

leiten oder zu beenden und um das Volumen des KOhI-miltelstroms zu verändern.

Seillich oberhalb der Tragrolle 14 für das Band befindet sich ein ausgedehnter Biegebereich 18. der als Mittel zum Geraderichten des gegossenen Strangs dient, der vom Gießrad 10 abgeführt wird. Der Biegebereich 18 weist eine Mehrzahl von Tragwalzen 19 auf, die an einem nicht dargestellten Rahmen gelagert sind. Ein Nachkühlgehäuse 21 ist in der Nähe der Tragrollen 14 oberhalb derselben angeordnet und richtet einen direkten Strom der Kühlflüssigkeit auf den gegossenen Strang, der aus der bogenförmig gekrümmten Gießform austritt

Die Tragwalzen 19 können entweder angetrieben oder freilaufend sein. Es ist jedoch vorauszusehen, daß in den meisten Fällen zumindest einige der Tragwalzen angetrieben sein werden, um das Geraderichten des gegossenen Strangs zu unterstützen. Nicht dargestellte, seitliche Führungswalzen können ebenso auf beiden Seiten einer Bahn P angeordnet sein, um den Strang in dieser Bahn zu haken.

Beim Betrieb des Systems wird der geschmolzene Stahl vom Eingußtiegel 16 durch dessen nach abwärts vorspringende Tülle 16a in die Gießnut G am Umfang des Gießrads 10 eingegossen. Das Austrittsende der zs Tülle 16a ist dem Anfang der bogenförmigen Gießform so eng benachbart, wie dies praktisch möglich ist, um es dem geschmolzenen Stahl zu erlauben, direkt von dem Tüllenaustritt in das Bad aus geschmolzenem Stahl einzufließen, das sich in der bogenförmigen Gießform befindet Der Fluß des Stahls und die Winkelgeschwindigkeit des Gießrads sind so eingestellt, daß der in die bogenförmige Gießnut gegossene Stahl von der Tülle 16a so schnell wegbewegt wird, wie der geschmolzene Stahl durch die Tülle nachfließt, d. h. so, daß die Oberfläehe des Bads aus geschmolzenem Stahl auf einer konstanten Pegelhöhe am Eingang der bogenförmigen Gießform gehalten wird. Außerdem wird das Steuersystem für die Leitungen, die die Kühlflüssigkeit zu den Düsen Si und den Kühlgehäusen S7, S3 und S< führen, ebenfalls so eingestellt, daß die gewünschte Menge Kühlflüssigkeit zu dem Band und zu dem Gießrad zugeführt wird, um dadurch die Kühlungsrate des geschmolzenen Metalls zu steuern, während dieses sich über den Bereich der bogenförmigen Gießform bewegt. Die verhältnismäßig großen Abmessungen des Gießrads 10 bewirken, daß dieses als eine Wärmesenke wirkt, dergestalt, daß die Wärme, die von dem geschmolzenen Metall abgegeben wird, das zunächst in die bogenförmige Gießnut strömt, in dem verhältnismäßig großen Gießrad verteilt wird und die verhältnismäßig große Oberfläche des Gießrads durch die Kühlflüssigkeit abgekühlt wird, die von den Düsen des Systems zugeführt wird. Daraus ergibt sich, daß in starkem Maße ein schnelles Kühlen und Verfestigen des geschmolzenen Metalls an ss den Oberflächen des Gießrads und des Bandes stattfindet und daß die fortwährende Abfuhr von Wärme aus dem teilweise gegossenen Strang über da ν Gießrad, das Band und die Kühlflüssigkeit ein fortgesetztes Verfestigen des geschmolzenen Metalls bewirkt, wobei es sich, ω um eine progressive und gleichförmige Verfestigung von der Oberfläche des gegossenen Strangs gegen das Zentrum des gegossenen Strangs hin handelt.

Das Band 11 bewegt sich in Berührungskontakt mit der ringförmigen Gicßnut C des Gießrads 10 nach Verlassen der Tragrolle 12 in der Weise, daß das Band das Gießrad 10 am oberen Atschnitt des Gießrades berührt und sodann nach abwärts um den unteren Teil des Gießrads herumläuft, sodann in Aufwärtsrichtung verläuft, bis es die Tragrolle 14 erreicht Sodann wird das Band vom Gießrad 10 weggeführt. Die Gießform M, die durch die Gicßnut G und das Band 11 gebildet wird, ist eine langgestreckte, bogenförmig gekrümmte Form, die sich kontinuierlich mit der Drehung des Gießrads 10 bewegt Der gegossene Strang B in der bogenförmigen Gießform Mentspricht in seinem Verlauf der Krümmung der Gießform, bis der Strang aus der Form herausbewegt wird. Der Radius des Strangs B muß für das Herausbewegen des Strangs aus der bogenförmigen Gießform vergrößert werden, und der Strang wird fortschreitend geradegerichtet, wobei der Radius fortlaufend vergrößert wird, während der Strang sich durch den ausgedehnten Biegebereich der Einrichtung hindurchbewegt Die Tragwalzen 19 führen den Strang über seine Aufbiege- oder Geradrichtestrecke oberhalb des Gießrads 10, und vorzugsweise ist mindestens ein Paar der Tragwalzen 19 angetrieben, um den Strang B in seiner Längsrichtung vom Gießrad 10 ab7.v:iehen. Die dem Strang aufgeprägten Zugkräfte und die auf ihn durch die unteren Tragwalzen 19 unterhalb des Strangs B ausgeübte Hebelwirkung trägt den Strang und richtet diesen gerade. Außerdem bewirkt das kontinuierliche Geradestrecken des Strangs, wenn dieser sich vom Gießrad wegbewegt, das Entstehen innerer Spannungen beträchtlichen Ausmaßes in dem Strang. Das Ausmaß der dem Strang vermittelten Spannung läßt sich erhöhen oder erniedrigen, indem man die Temperatur des Strangs, während dieser sich durch den Biegebereich 18 der Einrichtung hindurchbewegt, absenkt oder anhebt Außerdem kann durch Verändern der Kühlmittelmenge, die vom Nachkühlgehäuse 21 in der Nähe des Austritts des Strangs aus dem Gießrad abgegeben wird, die Temperatur des durch den Biegebereich 18 hindurch verlaufenden Strangs verändert und so eingestellt werden, daß die inneren Spannungen des Strangs B während dessen Durchgang durch den Biegebeieich ?·8 auf einen bestimmten Wert gebracht werden. Wenn der Strang zuerst das Gießrad verläßt, wird der Strang stärker gebogen.

Bei weiterer Vorwärtsbewegung des Strangs auf seiner Bahn durch den Biegebereich 18 wird er sodann weniger stark gebogen. Das Nachkühlgehäuse 21 trägt Kühlflüssigkeit auf den Strang bei dessen Austritt aus der Gießform auf, um sicherzustellen, daß der Strang vollständig erstarrt ist, bevor der Strang über den Bereich des Bads aus geschmolzenem Metall an der Tülle 16a transportiert worden ist Dadurch wird sichergestellt, daß der innere Kern aus geschmolzenem Metall im Strang keinen Unterdruck und damit keine Lunkeroder Hohlraumbildung im Strang erzeugt. Auch kann das V-iumen der vom Nachkühlgehäuse 21 abgegebenen Kühlflüssigkeit so eingestellt werden, daß die Temperatur des verfestigten Strangs, der aus der Gießform herausgeführt wird, auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, um dadurch die inneren Spannungen des Strangs zu steuern.

Aufgrund der verhältnismäßig großen Länge der bogenförmigen Gießform, die durch das Band 11 und die Gießnut G am Umfang des Gießrads 10 gebildet ist, kann das Gießrad mit einer verhältnismäßig hohen Winkelgeschwindigkeit gedreht werden, wobei trotzdem das Erstarren des geschmolzenen Metalls in gewünschter Weise erreicht wird Bei eiern besprochenen Ausführungsbeispiel hat die Gießform M eine etwa trapezförmige Formgebung mit einer kleineren Seite an dem Innenteil der Gießnul und einer großen Seite im Bereich

des Bandes 11. An seiner größten Breite mißt der mit der besprochenen Gießmaschine hergestellte Strang etwa 66,7 mm, die Breite an der schmälsten Stelle beträgt etwa 54 mm und die Tiefe 47,6 mm, wobei ein Radius von etwa 6,3 mm die schmalere Seite mit den beiden Seitenflächen des Strangs verbindet. Andere Abmessungen und Formen des Strangs können nach Wunsch gegossen werden.

Die verhältnismäßig hohe Drehgeschwindigkeit des Gießrads bewirkt, daß der Strang B aus dem Gießrad mit verhältnismäßig hoher Lineargeschwindigkeit austritt, so daß der Strang mit hoher Geschwindigkeit zu der nächsten Bearbeitungsstufe zugeführt wird, beispielsweise zu einem Walzwerk. Die schnelle Bewegung des Strangs in Verbindung mit dem Umstand, daß der Strang in einer verhältnismäßig langen Gießform eingeschlossen war, verringert die Gefahr, daß sich auf der Oberfläche des Strangs Zunder bildet.

Es wurden Messungen der Eigenschaften eines gegossenen Stahlstrangs durchgeführt, der in einem drehbaren Gießrad 10 des in Fig. I dargestellten Typs gegossen worden ist. Die Eigenschaften des gegossenen Stahlstrangs wurden mit den Eigenschaften eines gegossenen Strangs verglichen, der in einer Concast-Stranggießmaschine hergestellt worden ist, die eine bogenförmige, oszillierende Gießform enthält. Die Eigenschaften des neuartigen, gegossenen Stahlstrangs und des üblichen gegossenen Stahlstrangs sind in den Fig. 2 bis Il einander gegenübergestellt. Bei diesen Figuren handelt es sich um Histogramme der Eigenschaften der beiden gegossenen Stränge, wobei der dem Stand der Technik entsprechende gegossene Strang in jeder dieser Figuren mit PA bezeichnet ist.

F i g. 2 bis 8 sind Histogramme des neuartigen, gegossenen Stahlstrangs und des üblichen gegossenen Stahl- jj Strangs, gemessen an langen transversaler¹ Schnitten des Strangs. F i g. 2 zeigt die Messung der gekühlten Schichtdicke bei den beiden Strängen, wobei sich zeigt, daß der übliche Strang eine durchschnittliche Dicke der gekühlten Schicht von ungefähr 0,2 mm aufweist, wohingegen beim neuartigen gegossenen Strang eine durchschnittliche, gekühlte Schichtdicke von mehr als 1,0 mm vorhanden ist.

Fig.3 zeigt, daß der übliche gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche gleichachsige Korngröße in der gekühlten Schicht von ungefähr 0,4 mm aufweist, wohingegen der neuartige gegossene Strang Korngrößen von etwa 035 mm zeigt

F i g. 4 zeigt, daß der übliche gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche säulenförmige Kornlänge von etwa 7,8 mm besitz:, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche säulenförmige (kolumnare) Kornlänge von 3,8 mm aufweist.

F i g. 5 zeigt, daß der übliche gegossene Stalilstrang eine durchschnittliche, säulenförmige Kornbreite von etwa 1,0 mm aufweist, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche säulenförmige Kornbreite von etwa 0,67 mm besitzt.

F i g. 6 zeigt daß der übliche gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche Länge der Dendriten von etwa 3,8 mm aufweist wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche Länge der Dendriten von 23 mm zeigt

F i g. 7 zeigt für den üblichen gegossenen Stahlstrang einen durchschnittlichen Abstand der Dendriten von 0,1 mm, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang einen durchschnittlichen Abstand der Dendriten von 0,18 mm aufweist

Fig.8 zeigt, daß der übliche gegossene Strang eine durchschnittliche sekundäre Armlänge von 0,05 mm aufweist, wohingegen der neuartige gegossene Strang eine durchschnittliche sekundäre Armlänge von 0,12 mm besitzt.

Fig.9 ist ein Histogramm einer Messung, die an je einem !ongitudinalen Schnitt der beiden Stränge durchgeführt wurde, und die zeigt, daß der übliche gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche gleichachsige Korngröße in Längsrichtung des Strangs von 1,08 mm besitzt, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche gleichachsige Korngröße von 0,76 mm aufweist.

Fig. 10 und 11 sind Histogramme von Messungen an kurzen, transversalen Schnitten der beiden Stränge. Fig. 10 zeigt, daß der übliche gegossene Stahlstrang eine säulenförmige Kornlänge von 3,8 mm besitzt, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durcristntiiuiiche. säulenförmige Korniange von 2,4 mm aufweist.

F i g. 11 zeigt, daß der übliche gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche, säulenförmige Kornbreite von 1,1 mm besitzt, wohingegen der neuartige gegossene Stahlstrang eine durchschnittliche, säulenförmige Kornbreite von 0,8 mm aufweist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Stahl mittels einer Stranggießkokille vom Gießrad-Gießband-Typ, bei dem die Wände der Stranggießkokille gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang aus der Stranggießkokille bei einer Temperatur von mehr als 1366° K mit einer Geschwindigkeit von mehr als 6,1 m/Min, herausgezogen und dann durch Aufsprühen von Kühlflüssigkeit weiter abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gießrad mit einer zur Bildung der Stranggießkokille dienenden Gießnut etwa trapezförmigen Querschnitts und einem Radius von 1,2 m verwendet wird.

3. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 stranggegossener Stahlstrang, dadurch gekennzeichnet, ^aß er im Querschnitt eine durchschnittliche Dendritenlänge von weniger als 25 mm und einen durchschnittlichen Dendritenabstand von mehr als 0,1 mm besitzt

4. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 stranggegossener Strahlstrang, dadurch gekennzeichnet, daß er im Longitudinalschnitt eine durchschnittliche gleichachsige Durchmesser-Korngröße von weniger als 03 mm besitzt.

5. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, stranggegossener Stahlstrang, dadurch gekennzeichnet, dr.ß f.x im kurzen transversalen Schnitt eine durchschnittliche säulenförmige Kornlänge von weniger als 3,5 mm besitzt.

6. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 stranggegossener Stahlstran^ dadurch gekennzeichnet, daß er eine durchschnittliche Dicke der gekühlten Schicht von mehr als 0,2 mm besitzt.

7. Stahlstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine durchschnittliche gleichachsige Korngröße in der gekühlten Schicht von weniger als etwa 0,4 mm besitzt

8. Stahlstrang nach einem der Ansprüche 3 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß er eine im wesentlichen trapezförmige Querschnittsform besitzt.