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Die Erfindung betrifft das Stranggießen von Stahl, insbesondere Verfahren
und Vorrichtungen zum Erzeugen unzerteilter Längen von Strangmaterial aus Stahl,
welches Strangmaterial in Bezug auf die Oberflächengüte derart verbessert ist, daß
das Material für das direkte Umwandeln in ein Schmiedeerzeugnis geeignet ist.
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Bei den üblichen Verfahren zum Stranggießen von Metallen, beispielsweise
von Stahl, wird das geschmolzene Metall in eine vertikale Gießform gegossen, die
am Ende offen ist. Die Form kühlt den Umfangsbereich des Metalls und bringt eine
Haut oder Schale desselben, die an der Gießformwand anliegt, zum Verfestigen, um
einen Strang zu begrenzen, der kontinuierlich vom unteren Bereich der Gießform abgeführt
wird, während geschmolzenes Metall oben in die Gießform mit einer Eingießrate eingegossen
wird, die so eingestellt ist, daß sie der Rate des Abführens des Strangs entspricht.
Nach dem Austritt aus der Gießform wird der heiße Strang gekühlt, beispielsweise
durch Wasserstrahlen, die auf den halbverfestigten Strang gesprüht werden, um einen
voll verfestigten Strang zu bilden. Der Kühlvorgang, dem der Strang nach dem Austritt
aus der Gießform unterzogen wird, ist in der Technik als Sekundärkühlen bekannt
und reicht dazu aus, um die Verfestigung des Strangs zu vervollständigen, bevor
dieser einer Nachbehandlung unterzogen wird.
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Bei den meisten Stranggießeinrichtungen ist die Achse der Gießform
vertikal, und der Strang tritt vertikal nach unten aus der Gießform aus. Nachdem
der Strang vollständig verfestigt ist, werden Stücke gewünschter Stranglänge von
dem sich bewegenden Strang abgetrennt. Da es erforderlich ist, daß der Strang vollständig
verfestigt ist, bevor das Trennen stattfindet, sind die Gießgeschwindigkeiten durch
die die vertikale Höhenausdehnung betreffenden Gegebenheiten und Möglichkeiten beschränkt,
d.h., man muß die Gießgeschwindigkeit so weit begrenzen, daß eine vollständige Erstarrung
innerhalb vernünftiger vertikaler Ausdehnungen des Bereichs zwischen Gießform und
Trennstation stattfinden kann. Andernfalls werden die Baukosten der Fabrikationsanlage
enorm
hoch.
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Beim Gießen von Stahl treten diese Probleme besonders stark zutage
wegen der hohen Temperatur des geschmolzenen Stahls und der sich dadurch ergebenden,
langen Zeitspanne, die für das vollständige Verfestigen des Strangs gebraucht wird.
Bei typischen Einrichtungen zum Stranggießen von Stahl ist beispielsweise ein Abstand
von über zwanzig Metern zwischen Gießform und Trennstation nicht ungewöhnlich, und
selbst bei diesem großen Abstand muß die Gießgeschwindig noch auf einen Wert herabgesetzt
werden, der unter dem theoretisch möglichen Wert liegt.
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Um die Anforderungen an die vertikale Höhenausdehnung zu verringern,
hat man bereits vorgeschlagen, den Strang in einer vertikal angeordneten Gießform
zu gießen, dann den austretenden Strang in einer vertikal angeordneten, zweiten
Kühlzone zu kühlen, in der der Strang von Rollen unterstützt ist. Der Strang wird
sodann durch paarweise angeordneten Druckrollen in den horizontalen Verlauf umgebogen.
Bei diesen Einrichtungen wird der Strang um einen Winkel von etwa 900 so abgebogen,
daß der gebogene Strang tangential zur Horizontalen wird. Am Tangentenpunkt wird
der Strang zurückgebogen, durch paarweise angeordnete Druckrollen wieder gerade
gerichtet und sodann horizontal zu einer Trennstation geführt. Dies bietet die Möglichkeit,
die Höhe der Einrichtung in gewisser Weise zu verringern, hat sich jedoch nicht
als eine zufriedenstellende Lösung des Problems erwiesen, da für das Biegen ein
Bogen mit verhältnismäßig großem Radius erforderlich ist. Selbst bei einem großen
Radius bereitet es Schwierigkeiten, den Strang zu biegen und dann den verfestigten
Strang wieder zurückzubiegen, ohne daß es zu Rißbildungen oder anderweitigen Beschädigungen
des Strangs kommt.
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Eine weitere Verringerung der Gesamthöhe und Gesamtlänge von Gießeinrichtungen
hat man erreicht, indem man den Gießhohlraum
gekrümmt ausgebildet
hat, so daß der Strang aus der Gießform in gekrümmtem Zustand entsprechend dem gekrümmten
Verlauf der Gießform austritt. Gießformen mit gekrümmten Hohlräumen haben sich jedoch
ebenfalls nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen. Gießformhohlräume sind üblicherweise
mit Auskleidungen aus Kupfer wegen dessen guter Wärmeleitfähigkeit versehen. Die
gebogenen Gießformauskleidungen aus Kupfer bedingen jedoch höhere Herstellungs-
und Wartungskosten als geradlinige Kupferauskleidungen, wie sie für geradlinige
Formhohlräume verwendet werden. Außerdem läßt sich eine Gießform mit einem gekrümmten
Hohlraum schwieriger richtig ausrichten, als dies bei einer Gießform mit geradlinigem
Hohlraum der Fall ist. Allerding muß der Strang, der in geradem Zustand aus einem
geradlinigen Gießform-Hohlraum austritt, anschließend in die gekrümmte Bahn umgebogen
werden, und dieses Biegen nimmt zusätzlichen vertikalen Bauraum in Anspruch, verglichen
mit dem vertikalen Bauraum, der bei Einrichtungen erforderlich ist, die gekrümmte
Formhohlräume besitzen. Bei bekannten Gießeinrichtungen rechtfertigen daher die
Vorteile des Führens des Strangs längs einer gekrümmten Bahn aus der Gießform heraus
die fortgesetzte Anwendung gekrümmter Bahnen, wobei diese Vorteile jedoch durch
die oben erwähnten Schwierigkeiten, die bei diesen gekrümmten Formhohlräumen auftreten,
wieder geschmälert werden.
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Außer den Anstrengungen, die Anforderungen an die vertikale Bauhöhe
beim Stranggießen zu verringern, hat man sich fortlaufend bemüht, die Gießgeschwindigkeit
zu steigern. Es ist bekannt, daß eine fortwährende Relativbewegung zwischen Strang
und Gießform den Wärmeübergang von dem sich verfestigenden Strang auf die Gießformwand
behindert und dadurch die Gießgeschwindigkeit begrenzt. Die bmerkenswerteste Erhöhung
der Gießgeschwindigkeit hat man bis jetzt erreicht, indem man die Gießform in Gießrichtung
um eine kurze Weglänge oszillieren läßt, vgl. US-PS 2 135 183. Beim Gießen von Stahl
beträgt das übliche Ausmaß der Oszillationsbewegung der Gießform etwa 1/10 bis 1/30
der Länge der Form, also beispielsweise 1,6 mm
bis 51 mm. Bei bekannten
Konstruktionen werden Gießformen mit gekrümmten Formhohlräumen in einem Bogen hin
und herbewegt, der der Krümmung der Bahn entspricht, längs deren der Strang aus
der Gießform geführt wird. Wenn jedoch, um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu
vermeiden, die mit gekrümmten Formdurchgängen verbunden sind, eine Gießform mit
einem geradlinigen Hohlraum verwendet wird, dann muß der Strang in einer geradlinigen,
vertikalen Linie aus der Gießform heraus und ausreichend weit geführt werden, um
ein Scheuern der unteren Kante der Gießform auf dem Strangteil zu vermeiden, der
in der gekrümmten Bahn innen gelegen ist. Damit ist jedoch eine Vergrößerung des
erforderlichen vertikalen Bauraums verbunden. Außerdem haben Versuche gezeigt, daß
bei höheren Gießgeschwindigkeiten bei einem Strang, der in einem geradlinigen Formhohlraum
gegossen und dann in eine gekrümmte Bahn gebogen wird, in der er die Form verläßt,
die Gefahr der Ausbildung von inneren Defekten und von Oberflächenrissen besteht.
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Ein weit ernsteres Problem, das sowohl bei geradlinigen als auch bei
gekrümmten Formhohlräumen gemeinsam auftritt, ist eine unmittelbare Folge einer
Erhöhung der Gießgeschwindigkeit, nämlich das Problem, zufriedenstellende Oberflächeneigenschaften
zu erhalten.
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Bei Strängen, die mit einer oszillierenden Gießform (nach Junghans)
erzeugt sind, ist das Vorhandensein von Schwingmarken oder Ringen charakteristisch,
die sich in der Oberfläche des Strangs rings um diesen herum erstrecken. Aufgrund
der Reibung zwischen dem sich bewegenden, gegossenen Strang und der oszillierenden
Formoberfläche werden axiale Belastungen auf die dünne erstarrende Metallschale
ausgeübt. Diese wechselnden Belastungen können Oberflächenrisse oder andere Fehler
in Abständen längs des Strangs hervorrufen, gewöhnlich Fehler in Form von Ringen,
die den gesamten Umfang des Strangs umgeben. Diese Ringe sind in Abständen angeordnet,
die dem Gesamtvorschub des Strangs zwischen
aufeinanderfolgenden
Schwinghüben der Form entsprechen.
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D.h., wenn der Gesamtvorschub des Strangs (der sich gewöhnlich ununterbrochen
mit konstanter Geschwindigkeit bewegt) 51 mm zwischen dem Beginn eines rücklaufenden
Hubs der Form und dem Beginn des nächstfolgenden rücklaufenden Hubs beträgt, dann
zeigen sich die Ringe in Abständen von 51 mm. Die Breite der Ringe, d.h. ihre Ausdehnung
in Längsrichtung des betreffenden Strangs, an dem diese Fehler festzustellen sind,
variiert entsprechend den Betriebsbedingungen beim Gießvorgang. Bei äußerster Sorgfalt
und wenn mit geringer Gießgeschwindigkeit gearbeitet wird, lassen sich diese Erscheinungen
auf ein Mindestmaß herabmindern; im allgemeinen steht die Breite der Ringe jedoch
mit der Zeitdauer des rücklaufenden Hubs der Form in Beziehung.
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D.h., wenn der rücklaufende Hub ein Viertel der Zeitdauer einer Schwingperiode
in Anspruch nimmt, dann bildet sich ein Ring, dessen Breite zumindest ein Viertel
der Oberfläche des Formhohlraums beträgt.
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Diese Ringe sind durch eine aufgerauhte äußere Oberfläche gekennzeichnet,
häufig mit Oberflächenrissen sowie mit häufigem Auftreten von Blutungen, d.h. ausgelaufenem,
geschmolzenem Metall durch Verletzungen der zuvor erstarrten Haut des Strangs, wobei
eine anschließende Erstarrung des ausgelaufenen Metalls eingetreten ist. Die kristalline
Struktur des unmittelbar unter den Ringen gelegenen Metalls ist ebenfalls unregelmäßig
und gestört.
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Im Falle von Nichteisenmetallen sind diese Defekte unerwünscht, jedoch
nicht zu schwerwiegend. In vielen Fällen lassen sich dabei die Stränge trotz der
Unzulänglichkeiten ihrer Oberfläche ohne Schwierigkeiten walzen, strangpressen (extrudieren)
oder anderweitig bearbeiten. In anderen Fällen ist ein leichtes Schälen oder eine
andere, auf die Oberfläche einwirkende Behandlung ausreichend, um sämtliche unerwünschten
Oberflächenfehler zu entfernen. Im Falle von Stahl können Jedoch derartige Oberflächenfehler
nicht hingenommen werden, und es ist wirtschaftlich nicht möglich, die Unzulänglichkeiten
durch Schälen zu entfernen.
Darüber hinaus ist beim wirtschaftlichen
Stranggießen von Stahl eine weit höhere Gießgeschwindigkeit anzustreben, als sie
beim Gießen von Nichteisenmetallen üblich oder wünschenswert ist. Es wurde gefunden,
daß die erhöhte Gießgeschwindigkeit in stärkstem Maße die auftretenden Schwierigkeiten
vergrößert.
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So ist beispielsweise beim Gießen von Nichteisenmetallen in Gießformen
dieser Art eine Gießgeschwindigkeit von 76 cm bis 152 cm pro Minute üblicherweise
angemessen, und bei derartigen Geschwindigkeiten sind bei Nichteisenmetallen die
Oberflächenfehler noch tragbar. Beim Gießen von Stahl betragen die Gießgeschwindigkeiten
andererseits bis über 5 m pro Minute, wie es bereits erfolgreich beim Junghans-Verfahren
erreicht wurde, wobei der in Bezug auf die Geschwindigkeit erzielte Erfolg jedoch
dadurch geschmälert wird, daß bei Geschwindigkeiten etwa in dieser Größenordnung
oder darüber die Oberflächenfehler innerhalb der Ringbereiche vielfach äußerst ungünstig
sind. Zwischen aufeinan-derfolgenden Ringen ist die Oberfläche gewöhnlich gut, und
es liegt eine annehmbare innere, kristalline Struktur vor.
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Vom theoretischen Gesichtspunkt aus käme daher als ideale Form für
die Gießform beim Stranggießen eine gekrümmte Form von sehr großer Länge in Frage.
Da dies jedoch in der Praxis nicht verwirklichbar ist, wurden andere Einrichtungen
zur Anwendung gebracht.
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So wurde vorgeschlagen, endlose Träger, wie rotierende Trommeln, Räder
oder dergleichen oder bewegte endlose Bänder oder endlose Ketten aus Gießformabschnitten
zu benutzen, die miteinander verbunden sind, um eine Gießform am Anfang des Erstarrungsprozesse
zu bilden, und die sich voneinander am Ende des Erstarrungsprozesses wieder trennen,
um das erstarrte Metall freizugeben. Da die Oberflächen derartiger bewegbarer Träger
relativ zu dem Metall während des Erstarrungsprozesses stationär bleiben können,
bieten sich für die Erstarrung des Metalls mit guter kristalliner Struktur und glatten
Oberflächeneigenschaften
günstige Bedingungen. Während derartige
Verfahren zwar einige theoretische Vorzüge bieten, hat die Praxis jedoch enttäuschende
Erfahrungen mit diesen gebracht. Konstruktive und betriebliche Schwierigkeiten haben
dem praktischen, erfolgreichen Betrieb so viele Hindernisse in den Weg gelegt, daß
derartige Verfahren sich in der aktuellen, kommerziellen Anwendung kaum oder gar
nicht durchgesetzt haben.
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Man hat daher als Kompromiß bis heute die Verwendung oszillierender
Gießformen mit gekrümmten Formhohlräumen als befriedigende Lösung im Hinblick auf
das Verringern der Bauhöhe der Einrichtung und im Hinblick auf das Erhöhen der Gießgeschwindigkeit
angesehen, ungeachtet der Probleme, die bei oszillierenden, gekrümmten Formauskleidungen
oben beschrieben worden sind.
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Horizontale Gießformen wurden bislang für das Stranggießen von Aluminium
und einigen anderen Nichteisenmetallen in Einrichtungen benutzt, bei denen das geschmolzene
Metall durch eine feuerfeste Zuführröhre, die sich durch eine Stirnwand der Gießform
erstreckt, in eine horizontale Gießform eingegossen wird.
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Beim Gießen von Aluminium wird die Zuführröhre durch das geschmolzene
Aluminium nicht benetzt und bleibt, während der Gießvorgang fortschreitet, sauber.
Wenn jedoch Stahl gegossen wird und insbesondere, wenn man eine oszillierende Gießform
benutzen will, kann diese Art der horizontalen Gießform mit einer feuerfesten Zuführröhre
nicht angewendet werden. Es hat sich gezeigt, daß Stahl die Röhre benetzt und an
der Röhre ringsum erstarrt.
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Der erstarrte Stahl neigt dazu, eine falsche Röhre auszubilden, die
sich längs der Gießform erstreckt, wodurch es letztlich zu einem Ausbruch geschmolzenen
Metalls am Austrittsende der Gießform kommt.
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Außerdem ist es bekannt, daß die Lage und Richtung des einflieL ßenden
Stroms geschmolzenen Metalls in hohem Maße den Erstarrungsprozess beeinträchtigt
und damit auch das hergestellte Erzeugnis.
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Eine horizontale Gießform macht gewöhnlich einen horizontal einfließenden
Strom geschmolzenen Metalls erforderlich, der gegen das Metall anspült, welches
sich bereits an der Formwand zu verfestigen beginnt. Dadurch wird ein Rückschmelzen
des erstarrenden Metalls bewirkt, was oftmals zu einem Ausbluten geschmolzenen Metalls
zur Außenseite des Strangs führt.
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Wenn die Geschwindigkeit des einfließenden Metalls groß ist oder so
hoch ist, daß eine Turbulenz in dem Bad geschmolzenen Metalls hervorgerufen wird,
kann es zum Einschluß von Gasblasen und Oxydparkikeln, von Schlacke oder auf der
Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmendem Schmutz kommen, wodurch Hohlräume
und Einschlüsse in dem Strang hervorgerufen werden und wobei es manchmal sogar zu
Porigkeit und Lunker- oder Rohrbildung in dem Strang kommt. Zu allermindest zeigt
ein horizontal erstarrter Strang innere Veränderungen über seine Querschnittsfläche
aufgrund der Schwerkraftwirkung. Beispielsweise neigen eingeschlossene Gase und
Leichtpartikel dazu, nach aufwärts gegen die Oberseite des Strangs zu schwimmen.
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Daher kann der Zentralbereich des Strangs defektfrei sein, während
sich in der Nähe eines Seitenrands des Strangs ein Porositätsbereich oder ein Bereich
mit Einschlüssen befindet.
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Diese nichtzentrische Verteilung von Defekten ist vielfach ungünstiger
als bei zentrischer Anordnung der Defekte, da dadurch unvorhersehbare Veränderungen
bei nachfolgender Bearbeitung verursacht werden können, beispielsweise beim Warmwalzen
zum gewalzten Strang. Dementsprechend ist es wünschenswert, wenn das Bad des geschmolzenen
Metalls oben offen oder an der Oberseite exponiert ist, so daß es vermieden werden
kann, daß enthaltene Gase oder andere Verunreinigungen in dem erstarrenden Strang
eingeschlossen werden, oder daß derartige Einschlüsse zumindest auf den Zentralbereich
beschränkt sind, wo sie am wenigsten schädlich sind.
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Wenn ein ununterbrochener Strang rechtwinkligen Querschnitts anfänglich
innerhalb einer typischen horizontalen Gießform erstarrt, sind die (üblicherweise)
größeren Oberflächen an Oberseiteund Grund notwendigerweise einem plötzlicherem
Abkühlen
ausgesetzt. Die sich ergebenden Schrumpfeffekte bewirken,
daß diese Oberflächen, insbesondere die Oberseite, sich von den Wänden der Gießform
zurückziehen, bevor sie sich sehr weit von dem geschmolzenen Bad entfernen, und
daß dadurch das anfängliche schnelle Kühlen verlangsamt wird. Da die verschiedenen
Ränder und Oberflächen nicht alle gleichförmig schrumpfen, sind die Kühlungsraten
und damit die Temperaturen, Spannungen und die Dicken der erstarrten Schalen von
Oberfläche zu Oberfläche jeweils unterschiedlich. Diese Nachteile treten bei höheren
Gießgeschwindigkeiten zunehmend stärker zutage, und bei fortgesetzter Bewegung des
Strangs durch die Form erscheinen helle und dunkle Stellen auf dem aus der Gießform
austretenden Barren. Die hellen Bereiche sind oftmals ein Anzeichen für Bereiche
hoher Temperatur, wo ein Rückschmelzen der schon einmal erstarrten Schale auftreten
kann. Das Rückschmelzen entsteht aufgrund des Wärmeübergangs von dem noch immersheißen
Innenbereich des Strangs. An diesen Schwachstellen erzeugen Spannungen oder Beanspruchungen
in der erstarrten Schale Risse, die zu Ausbrüchen oder anderen Oberflächenfehlstellen
führen können.
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Die ungleichen Spannungen haben außerdem eine weitere unerwünscht
Folge, nämlich daß eine Art geometrischer Distorsion des gegossenen Strangs hervorgerufen
wird, die als rhombische Verformung bekannt und für das nachfolgende Bearbeiten
des Strangs schädlich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
für die Verwendung einer Stranggießvorrichtung für das Gießen von Stahl anzugeben,
einen neuartigen gegossenen Stahlstrang zu schaffen, der im Vergleich zu üblichen
stranggegossenen Stahlsträngen eine verbesserte Oberflächengüte hat, und ein weit
schneller arbeitendes Verfahren für das Stranggießen eines Stahlstrangs in Schmiedequalität
anzugeben, der für ein unmittelbares Walzen zu Schmiedestahl-Erzeugnissen geeignet
ist. Zur Lösung dieser und anderer Aufgabenstellungen,
die bei
fortschreitender Beschreibung noch deutlicher hervortreten, werden die das Verfahren
betreffenden Aspekte der Erfindung manifestiert, indem man Stahl in einer Gießform
gießt, die durch eine im Umfang eines rotierbaren Gießrads ausgearbeitete Nut und
ein Band gebildet ist, das einen Längenabschnitt der Nut abdichtet.
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Gemäß vorherrschender Praxis ist die Gießform vorzugsweise aus einem
Metall hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt, beispielsweise aus einer Kupferlegierung,
und die Gießform wird gekühlt, indem man ein Kühlmittel unmittelbar auf die Gießform
spritzt oder ein Kühlmittel durch die Form hindurchzirkulieren läßt, beispielsweise
kaltes Wasser.
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Die Gießnut kann in Bezug auf ihren Querschnitt nach Wunsch verschieden
geformt sein, beispielsweise halbkreisförmig, quadratisch oder rechteckförmig. Es
hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, einen trapezförmigen Querschnitt zu benutzen,
0 der an seinen Seiten kleine Ablösewinkel (7 bis 14 ) besitzt und bei dem das Verhältnis
von Breite zu Tiefe 2 : 1 oder kleiner ist.
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Beim Gießen wird der geschmolzene Stahl in die Form gegossen und gleichmäßig
gekühlt, indem die Wärme durch die Formwände abgeführt wird, um eine dünne Umfangshaut
erstarrten Metalls zu bilden, die das innerhalb befindliche geschmolzene Metall
umgibt.
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Die Rate der Wärmeabfuhr wird relativ zur Gießgeschwindigkeit eingestellt,
indem man die Zirkulationsgeschwindigkeit des Kühlmittels für die Gießform steuert
oder dergleichen, dergestalt, daß die Temperatur der Außenfläche der Umfangshaut
aus erstarrtem Metall beim Austritt aus der Gießform nicht höher ist als etwa 1644
K, jedoch nicht geringer ist als 1366 K,und daß die Stärke der Umfangshaut ausreichend
groß ist, um dem ferrostatischen Säulendruck des geschmolzenen Kerns zu widerstehen.
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Der austretende Strang wird sodann längs einer ihn tragenden Bahn
zu einer im wesentlichen horizontalen Kühlzone für das abschließende Kühlen geführt.
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Die den Strang tragende Bahn kann durch eine Reihe von Gliedern gebildet
sein, die mit Auflageflächen versehen sind, die den Strang berühren und tragen.
Die Glieder können für eine innere Zirkulation von K;uhlmittel eingerichtet sein.
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Zusätzlich können die Glieder Einrichtungen aufweisen, um ein direktes
Aufbringen einer Menge Kühlmittel auf den Strang durch die Wände der Bahn zu ermöglichen,
um die Bahn zu schmieren und dadurch die Vorschubbewegung des Strangs längs der
Bahn zu erleichtern.
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Während sich der Strang längs der ihn tragenden Bahn bewegt, ist es
wesentlich, daß die dünne Haut erstarrten Metalls, die in der Form gebildet worden
ist, erhalten bleibt, um ein Rückschmelzen durch Absorption von Wärme aus dem geschmolzenen
nen Inneren zu verhindern.
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Wenn der Strang aus der ihn tragenden Bahn austritt, wird er durch
eine dritte Kühlzone hindurchgeführt, in der er gekühlt wird, um seine Erstarrung
zu vervollständigen.
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Während der Strang durch die dritte Kühlzone geführt wird, wird er
gehalten und unterstützt, bis die Erstarrung abgeschlossen ist. Beispielsweise kann
der Strang von unten durch eine Reihe von einander eng benachbarten parallelen Rollen
abgestützt sein, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Wenn der Strang
aus der ihn tragenden Bahn austritt, wird er durch solche Rollen oder andere Trageinrichtungen
aufgenommen, auf denen er zu einer Trennstation oder einem Walzwerk bewegt wird,
während er gekühlt wird.
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Vorzugsweise erfolgt das Kühlen in der dritten Kühlzone durch gleichförmiges
Aufbringen von Kühlmittel auf die Oberfläche des Strangs, beispielsweise durch Wasserstrahlen,
die auf die Oberflächen des Strangs gerichtet sind.
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Es ist zu bemerken, daß die Verfahrensschritte gegenüber dem kommerziell
bewährten Junghans-Verfahren (Concast-Typ), bei dem es sich um das übliche Verfahren
zum Bilden eines gegossenen Stahlstrangs handelt, beträchtlich unterschiedlich sind.
Besonders wesentlich ist, daß zu keiner Zeit irgendeine Relativbewegung zwischen
der Gießform und dem erstarrenden, geschmolzenen Stahl stattfindet, wie dies bei
allen bekannten Stranggießverfahren dieses Typs der Fall ist. Bei der Erfindung
ist es daher nicht möglich, daß die dünne Schale erstarrten Metalls aufgerissen
wird, um Durchbrüche, Ausblutungen oder andere Oberflächenfehler zu verursachen.
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Bei der vorliegenden, oben beschriebenen Gießeinrichtung folgt der
gegossene Strang außerdem mit zunehmender Stärke der Haut einer Bahn mit zunehmendem
Radius,bis der Bahnverlauf horizontal wird. Daher wird auf den gegossenen Strang,während
er noch zerbrechlich ist, wenig oder keinerlei mechanische Beanspruchung in Rückwärtsrichtung
aufgebracht.
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Eine weitere wichtige Unterschiedlichkeit besteht darin, daß bei der
Erfindung die Anordnung so getroffen ist, daß die Wärmeübergangsrate in Korodination
mit dem Erstarrungsprozeß gesteuert wird. Da das geschmolzene Metall fortlaufend
in ein kaltes Gießrad eingegossen wird, ist die Rate des Wärmeübergangs sehr groß,
was ein schnelles Abkühlen zur Folge hat, wohingegen im späteren Verlauf die Wärmeübergangsrate
geringer ist, so daß ein geordnetes Anwachsen der Erstarrungsfront ermöglicht wird.
Beim Gießen von Stahl mit niedrigeren Kohlenstoffgehalten, beispielsweise 0,08 Gewichtsprozent,
ist eine hohe Kühlungsrate wünschenswert, wohingegen eine niedrigere Kühlungsrate
wünschenswert
sein kann, wenn Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt
gegossen werden, beispielsweise Stähle mit 0,8 Gewichtsprozent.
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Der erzeugte, gegossene Strang unabgeteilter Länge weist eine weit
bessere Oberflächengüte auf als Stahlstränge, die durch zum Stande der Technik zählende
Verfahren mit ähnlichen Gießgeschwindigkeiten hergestellt sind, die vorliegend ohne
weiteres 6 m pro Minute übersteigen können und bis 8,9 m pro Minute oder mehr betragen
können. Die Oberfläche ist frei von schädlichen Rissen, Falten oder Bärten, wie
sie normalerweise mit Schwingmarken auftreten. Aufgrund des besonderen Gießverfahrens
und der hohen Gießgeschwindikgeit weist außerdem der Strang in dem Zustand, wie
er gegossen ist, eine dünnere Oxydzunderschicht an der Oberfläche auf als Stränge
üblicher Art.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematisiert gezeichnete Seitenansicht einer
Vorrichtung zum Durchführung der Erfindung, welche Vorrichtung eine Gießmaschine
aufweist, die ein drehbares Gießrad mit einer am Umfang desselben ausgebildeten
Gießnut besitzt sowie ein endloses Metallband, das einen Längenabschnitt der Gießnut
abdichtet; Fig. 2 eine photographische Aufnahme eines Abschnitts des erfindungsgemäßen
Stranggußerzeugnisses, in der die glatte Oberfläche desselben gezeigt ist; Fig.
3 eine photographische Aufnahme eines kommerziell nach dem bekannten Concast-Verfahren
hergestellten Stranggußerzeugnisses, die die typischen Schwingmarken und die dadurch
bedingte, sehr rauhe Oberfläche zeigt;
Fig. 4 eine Draufsicht auf
den Querschnitt des erfindungsgemäßen Stranggußerzeugnisses, die die sehr glatte
Oberfläche desselben zeigt, und Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Querschnittsansicht
des in Fig. 3 gezeigten Stranggußerzeugnisses, wobei wiederum das rauhe Oberflächenprofil
gezeigt ist.
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Die Fig. und die folgende7 ins einzelne gehende Beschreibung erläutern
ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung keinesfalls auf die genauen,
hier dargelegten Einzelheiten beschränkt ist, da die Erfindung in anderen, gleichwertigen
Ausführungsformen verwirklicht werden kann, ohne vom Erfindungskonzept abzuweichen.
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In der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche
Teile bezeichnen, zeigt Fig. 1 ein Gießrad 10 mit einer in seinem Umfang ausgearbeiteten
Nut und einen endlosen, flexiblen Riemen oder ein Band 11, das mittels drei Band-Tragrollen
12, 14 und 15 in Anlage an einen Umfangsabschnitt des Gießrads gehalten ist. Die
Band-Tragrolle 12 ist nahe der Stelle am Gießrad 10 angeordnet, an der geschmolzener
Stahl aus einem Eingußtrichter 16 ausgegeben und in eine Gießform M eingegossen
wird, die durch das Band 11 und die umfängliche Nut G rings um das Gießrad 10 gebildet
wird. Die Band-Tragrolle 15 ist tangential außerhalb von der Stelle am Gießrad 10
angeordnet, an der das teilweise erstarrte Metall vom Gießrad 10 abgegeben wird.
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Außerhalb der Band-Tragrolle 15 gelegen befindet sich eine ausgedehnte
Kühlsektion 18, die als Kühleinrichtung dient, die den teilweise erstarrten, gegossenen
Stahlstrang, der aus dem Gießrad 10 austritt, aufnimmt und das Kühlen des Stahlstrangs
zur vollständigen Verfestigung desselben steuert. Die Kühlsektion weist eine Mehrzahl
von Tragrollen 19 auf, die am Rahmen 20
der Kühlsektion 18 gelagert
sind, sowie mehrere Verteiler 21 und 21', wobei die Verteiler 21 oberhalb und unterhalb
der Bahn P angeordnet sind, auf der das Metall durch die Kühlsektion 18 hindurchläuft,und
die Verteiler 21' seitlich der Bahn P des durch die Kühlsektion 18 hindurch verlaufenden
Strangs angeordnet sind.
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Die Tragrollen 19 können angetrieben oder freilaufend sein, da die
Neigung der Tragrollen 19 vom Grund des Gießrads einen allmählichen Verlauf hat
und in den meisten Fällen die longitudinale Druckfestigkeit des heißen Stahlstrangs,
der aus dem Gießrad austritt, ausreichend ist, um das Metall die Steigung aufwärts
zu schieben, ohne, daß eine wesentliche Gefahr des Zusammenstauchens des Metalls
bestünde. Wenn es jedoch gewünscht wird, die Aufwärtsbewegung des gegossenen Strangs
auf der geneigten Bahn P zu unterstützen, können die Tragrollen 19 zwangsweise angetrieben
sein. Bei Blickrichtung wie in Fig. 1 werden die Tragrollen 19 entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht, so daß der auf ihnen liegende Strang C vom Gießrad 10 weggeführt wird.
Eine Mehrzahl oberer Rollen 26 ist oberhalb der Bahn, die den gegossenen Strang
C durch die Kühlsektion 18 hindurchführt, angebracht und in eine solche Lage einstellbar,
daß der Strang in der Bahn P gehalten wird.
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Seitliche Führungswände können auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn
P angeordnet sein und ebenfalls dazu dienen, den Strang in seiner Bahn zu halten.
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Die Verteiler 21 und 21' sind so gelegen, daß sämtliche Seiten des
gegossenen Strangs C gleichmäßig gekühlt werden, und jeder Verteiler 21, 21' kann
für sich unabhängig durch Ventile V1, V2 und V3 gesteuert werden, um die Kühlungsrate
jeder Seite des metallischen Strangs C selektiv zu steuern. Die Kühlflüssigkeit,
gewöhnlich Wasser, wird durch eine Mehrzahl üblicher Düsen (die nicht dargestellt
sind) auf den heißen, gegossenen Strang gesprüht.
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Wenn der gegossene Strang C aus der Kühlsektion 18 austritt, durchläuft
er ein Walzwerk (nicht gezeigt) oder eine andere sich anschließende Bearbeitungseinrichtung.
Wenn es gewünscht wird, kann der Strang zwischen zwei Quetschwalzen 36 üblicher
Bauart hindurchgeführt werden, um die Vorschubbewegung des Strangs zu unterstützen.
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Der in Fig. 2 gezeigte Strang wurde hergestellt durch Eingießen von
Stahl mit etwa 0,6 z Kohlenstoff, 0,75 % Mangan und 0,17 % Schwefel und Phosphor
in das Gießrad, während die Temperatur zwischen etwa 1755 K und 1811 K betrug. Der
Strang trat aus dem Gießrad mit etwa 7,6 m pro Minute bei einer Temperatur zwischen
etwa 1722 K und 1477 K aus! war zu etwa 75 % bis 80 % erstarrt und wies einen Oberflächenzunder
von weniger als 0,12 mm Stärke auf.
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Der gegossene Strang ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine glatte
Oberfläche besitzt, die frei von Schwingmarken oder anderen größeren Oberflächenfehlern
ist. Beim Gießen von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 0,18 % und
0,66 % (Gewichtsprozent) und weniger als 0,03 Gewichtsprozent Schwefel und Phosphor
wurde gefunden, daß der gemäß der vorliegenden Erfindung gegossene Strang eine Oberfläche
besitzt, die gewöhnlich eine geringere Rauhigkeit als etwa 0,025 mm aufweist (gemessen
mit einem Rauhigkeitsmeßinstrument bei einer üblichen Meßmethode für die Beurteilung
des Oberflächenfinish entsprechend dem ANSI-Standard B 46), selbst bei Gießgeschwindigkeiten
von mehr als 6,1 m pro Minute.
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Das bedeutet, daß die durchschnittliche Abweichung von einer vollkommen
ebenen Oberfläche so beschaffen ist, daß die kumulative Gesamttiefe der Risse oder
anderer Fehlstellen, geteilt durch die Anzahl dieser Fehler1 geringer ist als etwa
0,025 mm pro 25,4 mm (1") Länge. auf dne andere Weise kann eine Messung der Oberflächenrauhigkeit
durchgeführt werden, indem man ein vergrößertes Profil der Oberflächenkontur erzeugt
und die Abweichungen gegenüber einer theoretischen mittleren Oberfläche an einer
Anzahl von Stellen längs des
Konturprofils mißt und sodann die
gesamte kumulative Abweichung durch die Anzahl der Meßstellen dividiert. Alternativ
kann man ein Maß für die Oberflächenrauhigkeit unmittelbar erhalten, indem man die
Anzeige von Rauhigkeitsmeßinstrumenten bekannter Art (siehe ANSI B 46.1)abliest,
die elektronisch das Oberflächenprofil integrieren und die durchschnittliche Rauhigkeit
kontinuierlich anzeigen. Bei dem erfindungsgemäßen Erzeugnis ergibt sich bei diesen
Meßmethoden ein Rauhigkeitswert von weniger als etwa 0,025 mm. Auch die durchschnittliche
Fehlertiefe ist wichtig, die weniger als etwa 2,54 mm und gewöhnlich weniger als
0,25 mm beträgt.
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Der in Fig. 3 abgebildete Strang zeigt schwere Oberflächenfehler aufgrund
der oben erwähnten Schwingmarken. Diese Probe wurde kommerziell mit einem bekannten
Verfahren des Concast-Typs hergestellt,unter Benutzung einer kurzen vertikalen,
am Ende offenen Gießform vom hin und hergehenden Typ.
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Die Oberflächenfehler weisen eine Tiefe von mehr als 2,54 mm auf,
und die Messung der durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit zeigt eine Rauhigkeit
von mehr als 0,025 mm pro 25,4 mm Meßlänge.