DE3112947C2 - Verfahren und Anlage zum Bogenstranggießen - Google Patents
Verfahren und Anlage zum BogenstranggießenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
- B22D11/1282—Vertical casting and curving the cast stock to the horizontal
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bogenstranggießverfahren unter Verwendung einer gekrümmten Kokille, bei dem der geschmolzene Stahl kontinuierlich in die gekrümmte Kokille gegossen wird, um einen gekrümmten Strang zu erhalten, beispielsweise eine Bramme, der bzw. die eine Dicke von mindestens 200 mm aufweist. Erfindungsgemäß wird der gekrümmte Strang an mehreren Stellen des Strangs geradgerichtet, wobei die Dicke des erstarrten Mantels nicht mehr als 60 mm beträgt. Der erhaltene Strang kann unmittelbar ohne Entfernen von Fehlern von dem Strang oder einem Erwärmen des Strangs gewalzt werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln eines Stahlstranges von mindestens 200 mm
Stärke in einer Bogenstranggießanlage, der mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,2 m/min abgezogen
wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Bogenstranggießanlage zur Durchführung dieses Verfahrens,
einen Gußstrang der nach diesem Verfahren hergestellt ist sowie eine Anwendung dieses Verfahrens.
Beim Bogenstranggießen wird der Strang mit flüssigem Kern von einer gekrümmten Kokille in eine horizontale
Gerade gerichtet. Nach dem Richten wird der Strang auf die gewünschte Länge geschnitten. Während
des Richtens tritt jedoch eine Spannung in dem Strang auf, die zur Bildung von Fehlern führt. Der horizontale
Abschnitt des Strangs nach dem Richten ist nicht vollständig erstarrt und enthält deshalb beim heutigen
Hochgeschwindigkeitsgießen noch den flüssigen Kern, so daß das Auftreten von (a) einer Ausbauchungsspannung
des Strangs, durch den ferrostatischen Druck des geschmolzenen Metalls (die nachstehend als Ausbauchungsspannung
bezeichnet wird) sowie von (b) einer Spannung des Strangs, die durch das Richten (die nachstehend
als Richtspannung bezeichnet wird) auftritt, zu einem sehr schwierigen Problem geworden ist, was
nachstehend im einzelnen erläutert wird.
Die stranggegossenen und abgeschnittenen Brammen mit einer großen fühlbaren Wärme werden vorteil- b5
hafterweise dann dem Walzen zugeführt, wenn sie noch ihre große fühlbare Wärme aufweisen, wodurch die Kosten
des Walzens herabgesetzt werden, verglichen mit einem Verfahren, bei dem die Brammen erst erwärmt
und dann gewalzt werden. Jedoch entsteht in dem Gußstrang eine Spannung aufgrund komplizierter Umstände
und diese führt ihrerseits zur Bildung vor. Rissen auf der Außenoberfläche und im Inneren des Strangs. Bei
dein herkömmlichen Verfahren müssen deshalb die Brammen auf Raumtemperatur abgekühlt und die Fehler
beseitigt werden, bevor sie dem Walzen zugeführt werden. Um die erwärmten Brammen, die durch das
Stranggießen erhalten werden, unmittelbar dem Walzen zuführen zu können, müssen die Brammen frei von inneren
Rissen sowie frei von Oberflächenfehlern sein, d. h. eine Entfernung von Oberflächenfehlern oder dergleichen
darf nicht erforderlich sein. Die Arten der inneren und äußeren Fehler und die Gründe, warum diese Fehler
auftreten, werden nachstehend im einzelnen erläutert. Bei einem im großen Umfang verwendeten Verfahren
wird eine Bogenkokille zum Gießen des längsgekrümmten Strangs verwendet um die Höhe der Bogenstranggießanlage
gering und damit die Baukosten niedrig zu halten. Während des Richtens des Strangs, d. h.
wenn der Strang entgegengesetzt zu seiner Krümmung gebogen wird, können innere Risse, Oberflächenquerrisse,
Randrisse und dergleichen auftreten aufgrund der Ausbauchungsspannnung und/oder der Richtspannung.
Eine herkömmliche Maßnahme, um innere Risse, Oberflächenquerrisse, Randrisse und dergleichen zu
verhindern, besteht darin, die Aufnahme- und Führungsrollen des Strangs, der die Kokille verlassen hat so anzuordnen,
daß die Abstände zwischen diesen Rollen klein sind, wodurch das Ausmaß und die Spannung des
Ausbauchers geringer wird. Eine andere Maßnahme besteht in einem intensiven Abkühlen mit einer Sekundärkühleinrichtung
nach dem Gießen und zielt darauf ab, die Warmfestigkeit der erstarrten Kruste beispielsweise
durch Aufsprühen von Wasser auf den Stahl mit einer Menge von 1,0 l/kg zu erhöhen.
Eine andere Maßnahme zielt darauf ab, die Richtspannung eines gekrümmten Strangs gering zu halten,
und stellt ein Richtverfahren des nicht erstarrten Strangs mit einem flüssigen Kern dar, bei welchem Verfahren
die Richtspannung die zwischen 0,1 und 0,25% schwankt, über einen langen Richtabschnitt des Strangs
verteilt wird, der damit nach Durchlaufen mehrerer Richtstellen in die Horizontale übergeht. Dieses Verfahren
wird nachstehend als Vielpunkt-Richtverfahren bezeichnet. Die meisten modernen Stranggießanlagen zur
Herstellung 200 bis 300 mm dicker Brammen werden unter folgenden Bedingungen betrieben:
Radius der Krümmung des Grundbogens:
10 bis 13 m (ein großer Krümmungsradius)
Gießgeschwindigkeit: 0,7 bis 2,0 /min;
Aufnahme- und Führungsrollen: Der Abstand zwischen diesen Rollen ist gering;
Sekundärkühlung: intensive Wassersprühkühlung.
10 bis 13 m (ein großer Krümmungsradius)
Gießgeschwindigkeit: 0,7 bis 2,0 /min;
Aufnahme- und Führungsrollen: Der Abstand zwischen diesen Rollen ist gering;
Sekundärkühlung: intensive Wassersprühkühlung.
Wenn das Vielpunkt-Richtverfahren bei diesen Stranggießanlagen unter der Voraussetzung durchgeführt
wird, daß die Höhe der Anlage nicht vergrößert wird, dann befindet sich der erste Richtpunkt in einem
Abstand von 15,7 bis 10,4 m vom Gießspiegel in der Kokille. Dieser Abstand wird von dem Umstand bestimmt,
daß der Radius der Krümmung des Bogens 10 bis 13 mm beträgt. Die Oberflächentemperatur des
Strangs und die Krustenstärke an dem ersten Richtpunkt betragen 700 bis 9000C bzw. 80 bis 120 mm (geschätzter
Wert). Wenn der Strang einen Querschnitt
von 250 mm Stärke und 1800 mm Breite aufweist, dann beträgt die Krustenstärke 70 bis 90% der Strangbreite.
i?er Strang, der gerichtet wird, während die Kruste eine
solche Stärke besitzt, zeigt Randrißfehler zwischen 10 und 30% und einen berechneten Wert an inne/en Rissen
zwischen 4 und 5%, selbst wenn der Strang mit einer Anlage gerichtet wird, bei der Einrichtungen zur Kontrolle
der Richtkraft und andere Einrichtungen, die nach dem modernsten Stand der Technik gebaut sind, zum
Einsatz kommen. Wenn ein Strang, der die vorstehend geschilderten ί ehler aufweist, bei einer Temperatur die
zum Walzen erforderlich ist, gewalzt wird, kann eine
zufriedenstellende hohe Ausbeute nicht erreicht werden.
In »Stahl und Eisen«, Band 95, (1975), Nr. 16, S. 733—741 wird ein Verfahren beschrieben, um einen
Strang (durchschnittliche Dicke 150 mm mit einer Bogenstranggießanlage mit einem Bogenradius von 3,9 m
bei einer Gießgeschwindigkeit von 1,2 m/min und 2,5 m/ min zu gießen, wobei eine Sekundärkühlung durch Aufsprühen
von Wasser auf den Strang und ein Richten des Strangs an einer Vielzahl von Richtpunkten erfolgt. Die
Höhe der Stranggießanlage beträgt 4,0 bis 4,2 m. Das Verfahren nach »Stahl und Eisen« stellt nicht darauf ab,
einen Strang zur Verfügung zu stellen, der unmittelbar zum Walzen geeignet ist. Auch ist davon auszugehen,
daß es schwierig ist, nach dem Verfahren nach »Stahl und Eisen« die Oberflächenfehler auf ein Niveau zu senken,
damit der Strang unmittelbar dem Walzen zugeführt werden kann. Dies deshalb weil die Kruste an dem
ersien Richtpunkt wie sich anhand der in »Klepzig Fachberichte« Band 79, (1971), S. 202 angegebenen Formel
errechnen läßt, bereits etwa 53 mm und am zweiten Richtpunkt etwa 65 mm beträgt, also sehr dick ist und
weil aufgrund dieser Dicke die zulässige Grenze der Richtspannung nur sehr niedrig sein darf.
Aufgabe der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln eines Stahlstrangs
von mindestens 200 mm Stärke in einer Bogengießanlage anzugeben, das sehr leistungsfähig ist und
bei dem dennoch die Bildung von Oberflächenquerfehlern.
Randrissen und anderen Fehlern verhindert ist, so daß dem Walzen ein Strang zugeführt werden kann, der
noch eine große fühlbare Wärme aufweist.
Weiterhin soll durch die in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnete Erfindung eine Bogenstranggießanlage
zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden, die bei hohef Leistung und der Möglichkeit den
Strang direkt dem Walzschritt zuführen zu können eine geringe Höhe besitzt.
Darüber hinaus wird gemäß dem Anspruch 4 durch die Erfindung ein Gußstrang bereitgestellt, der nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist.
Der Strang der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, besitzt eine gute Qualität, d. h. der
Strang ist frei von einer mittigen Seigerung, inneren Rissen, Oberflächenfehlern und nicht-metallischen Einschlüssen.
Die Oberflächenqualität des Gußstrangs, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist
is! so hervorragend, daß der Strang gewalzt werden kann, ohne Oberflächenfehler entfernen zu müssen und
daß der Strang nach dem Richten und Schneiden noch eine hohe Temperatur aufweist, vorzugsweise in dem
Temperaturbereich, mit dem das Walzen beginnt. Aufgrund der geringen Zahl von Fehlern kann der Strang
gewalzt werden, ohne Oberflächenfehler beseitigen zu müssen, während aufgrund der hchen Temperatur keine
erneute Erwärmung zum Walzen erforderlich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Krustenstärke, & h. die Stärke der Kruste sowohl an der
inneren wie an der äußeren Seite des gekrümmten Strangs während des Richtens höchstens 60 mm, & h. sie
ist so dünn, daß die zulässige Richtspannung mindestens zweimal so groß wie bei dem herkömmlichen Verfahren
sein kann, wodurch ein Strang mit einer sehr geringen Anzahl von Oberflächenfehlern erzeugt werden kann.
Da die zulässige Richtspannung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren höher ist als bei dem herkömmlichen
Verfahren, werden keine Oberflächenfehler hervorgerufen, selbst wenn der Strang während des Richtens
einer größeren Spannung unterworfen wird als ein Strang, der nach dem herkömmlichen Verfahren gerichtet
wird. Darüber hinaus kann ein Strang mit kleinem Krümnrtingsradius mit Hilfe einer Anlage gerichtet werden,
bei dem die Anzahl der Richtpunkte (zwischen 3 und 5), der einer herkömmlichen Anlage entspricht, ohne
daß Oberflächenrisse auftreten. Auf diese Weise wird eine gute Oberflächenqualität im Hinblick auf Oberflächenfehler
und gleichzeitig eine kurze Richtzone erfindungsgemäß sichergestellt. D. h, es kann ein Stranggießen
bei niedriger Ausbauchungsspannung mit einer Bogenstranggießanlage verwirklicht werden, die eine geringe
Höhe aufweist.
Die erfindungsgemäße Bogenstranggießanlage besteht aus:
Einer gekrümmten Kokille;
einer Einrichtung zur Aufnahme und Führung des gekrümmten Strangs, der von der gekrümmten Kokille
abgesenkt wird;
einer Einrichtung zum Richten des gekrümmten Strangs an mindestens zwei Punkten des Strangs;
einer Sekundärkühleinrichtung zum Aufsprühen eines Gas-Flüssigkeits-Gemischs auf den gekrümmten Strang
innerhalb des Bereichs der Aufnahme- und Führungseinrichtung, wobei die Anlage eine Höhe von höchstens
4,9 m, insbesondere 3,5 m aufweist. Die Richteinrichtung kann aus Absenkwalzen bestehen, die in den Richtzonen
angeordnet sind und eine Kurve bilden, die mehrere Krümmungsmittelpunkte aufweist.
Die Bogenstranggießanlage kann ferner Walzen in einer horizontalen Walzenzone aufweisen, in der Walzen
mit kleinem Durchmesser mit geringem Abstand dazwischen angeordnet sind. Der in der Richtzone gerichtete
Strang wird dann der horizontalen Walzenzone zugeführt. Bei der erfindungsgemäßen Bogenstranggießanlage
ist die Strangkruste innerhalb der Richtzone dünn und zwar wegen (a) der geringen Höhe der Anlage
und (b) der langsamen Abkühlung und/oder der hohen Gießgeschwindigkeit.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 ein Diagramm der Richtspannung in Abhängigkeit
von der Krustenstärke;
F i g. 2 ein Diagramm der Temperatur der Kanten des Strangs in Abhängigkeit von der Krustenstärke; und
Fig.3 ein Diagramm der maximalen Ausbauchungsspannung in Abhängigkeit von der Höhe der Stranggießanlage.
Mit einer Bogenstranggießanlage für geschmolzenen Stahl wurden Versuche durchgeführt, um jene Stranggießbedingungen
festzulegen, die nicht zu Oberflächenquerrisstn,
inneren Rissen und Kantenrissen des gerichteten Strangs führen. Das Ergebnis dieser Versuche waren
Stranggießbedingungen, bei denen die Summe der Ausbauchungsspannung (^) und der Richtspannung (ευ)
auf einen Wert herabgesetzt wurden, der kleiner ist al«;
die kritische Spannung (ε0), durch die Risse hervorgerufen
werden.
Eine der Stranggießbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Temperatur des Strangs
dar. Wenn der Strang irgendeiner Verformung, einschließlich dem Richten unterworfen wird, neigt er dazu,
bei einer Temperatur Risse zu bilden, bei der die kritische Spannung (ec), durch die Risse hervorgerufen werden,
niedrig wird. Diese Temperatur wird als Brüchigkeitstemperatur bezeichnet. Bei den üblichen Stählen
beträgt diese Temperatur 700—9000C. Es ist deshalb
wichtig, um Risse zu vermeiden, eine Verformung des Strangs bei einer Temperatur durchzuführen, die außerhalb
des Bereichs der Brüchigkeitstemperatur liegt. Die Kanten des Stahlstrangs werden beim erfindungsgemäßen
Verfahren während des Richtens auf einer Temperatur von mindestens 900° C gehalten. Je höher die Temperatur
der Kanten des Strangs ist, der gerichtet wird, umso dünner und umso weniger fest ist die Kruste. Andererseits
kann das Richten des Strangs, der eine hohe Temperatur und eine dünne Kruste aufweist, zur Bildung
von Rissen durch die Ausbauchungsspannung führen. D. h. die Richtspannung und Ausbauchungsspannung
wirken sich gemeinsam auf den Strang aus, der gerichtet wird. Demgemäß kann die Bildung von Rissen
beim Richten nur dann vermieden werden, wenn beiden Anforderungen, die sich einander widersprechen, entsprochen
wird. D. h„ die Richttemperatur soll hoch sein, um die Brüchigkeitstemperatur zu vermeiden und
gleichzeitig soll die Ausbauchungsspannung niedrig sein, um keine Rißbildung der dünnen Kruste zu verursachen.
Die Bedingungen, die den einander widersprechenden Anforderungen genügen, bestehen in der Verwendung
einer Bogenstranggießanlage mit einer geringen Bauhöhe von maximal 4,9 m wodurch ein geringerer
ferrostatischer Druck und eine geringere Ausbauchungsspannung (ε/} hervorgerufen wird, ferner darin,
daß das Richten außerhalb des Brüchigkeitstemperaturbereichs erfolgt, d. h. die Temperatur der Kanten des
Strangs während des Richtens auf mindestens 900° C gehalten wird.
Um das Richten außerhalb des Brüchigkeitstemperaturbereichs
durchzuführen, liegt vorzugsweise ein geringer Abstand zwischen der gekrümmten Kokille und
dem ersten Richtpunkt vor. Die erfindungsgemäße, niedrige Bogenstranggießanlage weist einen kleinen
Krümmungsradius von vorzugsweise 3—5 m auf.
In Fi g. 1 ist der Zusammenhang zwischen der Richtspannung, der Krustenstärke und der Bildung von Rissen
dargestellt Die Richtspannung bedeutet in F i g. 1 die Spannung, die auf die Erstarrungsgrenzfläche an der
Innenseite eines gekrümmten Strangs ausgeübt wird. Die Ausbauchungsspannung ist in dem Wert, den die
Ordinate der Fig. 1 wiedergibt, nicht enthalten. Die experimentellen
Daten, die beim Gießen und Richten 250 mm dicker Stahlbrammen mit Hilfe einer erfindungsgemäßen
Stranggießanlage erhalten wurden, sind in F i g. 1 dargestellt. Au3 F i g. 1 ist ersichtlich, daß,
wenn die Krustenstärke 60 mm oder weniger beträgt, die Richtspannung über 0,2% ansteigen kann, was der
üblichen Richtspannung nach dem Stand der Technik entspricht Wenn die Krustenstärke kleiner als 20 mm
ist, wird die Duchbruchsgefahr groß. Die minimale Stärke der Kruste während des Richtens beträgt daher
20 mm. Wenn das Richten bei einer Krustenstärke von 20—60 mm erfolgt, kann die Richtspannung, die nicht
zur Bildung von Rissen führt, doppelt so groß als bei dem herkömmlichen Verfahren sein. Dies löst nicht nur
das Problem der beim Richten hervorgerufenen Risse wirksam, sondern hat auch technische Bedeutung, wie in
F i g. 2 wiedergegeben. Aus F i g. 2 geht hervor, daß, wenn die Kruste eine Stärke von 60 mm oder weniger
aufweist, die Temperatur der Kanten des Strangs höher als 900°C ist und außerhalb des Brüchigkeitstemperaturbereichs
A liegt. Ein Temperaturabfall des Strangs ist an den Kanten des Strangs am wahrscheinlichsten. D. h.
die Temperatur der Kanten des Strangs beträgt mehr als 900°C, vorzugsweise 1000°C und mehr, wenn der
Strang gerichtet wird, indem die Krustenstärke auf 60 mm oder weniger eingestellt wird.
Ein weiterer wesentlicher Punkt der geringen Krustenstärke von 60 mm oder weniger besteht darin, daß
der Abbau der Spannung die dem Strang beim Richten erteilt wird, wegen der hohen Temperatur des Strangs
10— lOOmal schneller als bei dem herkömmlichen Verfahren erfolgt. Dies trägt dazu bei, die Bildung von Rissen
zu unterdrücken, wie nachstehend erläutert. Um die Ausbauchungsspannung auf einem niedrigen Niveau zu
halten, ist es erforderlich, die Höhe der Bogenstranggießanlage niedrig zu halten, wie nachstehend erläutert.
Dies kann durch einen kleinen Krümmungsradius der gekrümmten Kokille erreicht werden, der seinerseits zu
einer Herabsetzung des Krümmungsradius des Strangs führt. Falls ein derartiger Strang beispielsweise an einem
einzigen Punkt gerichtet wird, so kann die Richtspannung über die kritische Spannung (it) zur Bildung
von Rissen anwachsen. Das Vielpunktrichten mit kleinem
Krümmungsradius des Strangs ermöglicht eine Verteilung der Richtspannung über die Richtzone hinweg,
und zwar in einer solchen Art und Weise, daß die Richtspannung an jedem Richtpunkt nicht die kritische
Spannung zur Bildung von Rissen überschreitet. Ein solches Vielpunktrichten ermöglicht bei einer dünnen
(60 mm oder weniger) Kruste und bei einer hohen Temperatur (900°C oder mehr) den Abbau oder die Beseitigung
der Spannung mit einer hohen Geschwindigkeit. Dies bedeutet, daß die Spannung während des Zeitraums
beseitigt werden kann, in dem der Strang durch den kurzen Raum zwischen mehreren Richtpunkten bewegt
wird, selbst wenn die Gießgeschwindigkeit hoch ist Eine Summierung der Spannung, die zur Bildung von
Rissen führt, findet nicht statt.
Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der dünnen Kruste wird nachstehend beschrieben. Wenn der gekrümmte
Strang gerichtet wird, werden seine innere Seite (konkave Fläche) und seine äußere Seite (konvexe
Fläche) einer Zug- bzw. einer Druckbeanspruchung unterworfen, welche in Längsrichtung des gekrümmten
Strangs wirken. Die Verteilung der Kräfte in Richtung der Stärke des Strangs ist derart, daß sich die Grenze,
die den Strang in einen konkaven Abschnitt unter Zugbeanspruchung und einen konvexen Abschnitt unter
Druckbeanspruchung trennt, sich in Längsrichtung des Strangs erstreckt, ferner derart, daß die Größe dieser
Kräfte proportional zum Abstand in Richtung der Stärke des Strangs von dieser Grenze zu einem bestimmten
Punkt des Strangs ist. Die Zugspannung, die vorstehend erwähnt ist, ist einer der Gründe, die zu Oberflächen-
und inneren Rissen führen, wenn der gekrümmte Strang gerichtet wird. Beim Richten eines gekrümmten
Strangs, bei dem erfindungsgemäß die Krustenstärke auf 60 mm oder weniger eingestellt wird, wird auf eine
dünnere Kruste eine Kraft ausgeübt verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, wodurch die neutrale Achse
nicht in der Mitte zwischen der konkaven und der konvexen Fläche liegt, wie bei dem herkömmlichen Verfah-
ren, sondern im Abstand von dieser Mitte in Richtung der konkaven Fläche liegt. Die Zugspannung, die proportional
zu dem Abstand von der neutralen Achse ist, wie vorstehend erörtert, wird gegenüber dem herkömmlichen
Verfahren erfindungsgemäß herabgesetzt, weshalb die Zugspannung nicht zur Rißbildung führt.
Was die Betriebsbedingungen angeht, um eine Kruslenstärke
an den Richtpunkten mit Hilfe einer niedrigen Bogenstranggießanlage zu erreichen, so ist es erforderlich,
mindestens entweder eine hohe Gießgeschwindigkeit des Strangs oder eine langsame Sekundärkühlung
zu verwenden. Sowohl das Hochgeschwindigkeitsgießen wie das langsame Sekundärabkühlen werden
vorzugsweise bei der Herstellung des Strangs angewandt, wodurch eine hohe Produktivität bei der Herstellung
von Hochtemperatursträngen ohne Fehler sichergestellt
wird. Die Gießgeschwindigkeit beträgt nicht weniger als 1,2 m/min, insbesondere liegt sie zwischen
1,5 und 3 m/min. Das Sekundärabkühlen des Strangs vor dem Richten wird mit einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch
durchgeführt. Mit diesem Gemisch ist es möglich, den Grad der Abkühlung zwischen einem langsamen
Abkühlen und einem intensiven Abkühlen in einem weiten Bereich einzustellen. Für den Fall, daß die
Gießgeschwindigkeit 1,2 m/min oder mehr, insbesondere 1,5—3 m/min beträgt ist der Anteil des Gases und der
Flüssigkeit in dem Gemisch in Form von Durchsätzen zweckmäßigerweise derart, daß der Luftdurchsatz zwischen
25 und 50 mVStd. und der Wasserdurchsatz zwischen 0,2 und 15 l/min beträgt. Der Wasserdurchsatz
und der Luftdurchsatz können bis zu 30 l/min bzw. 50 mVStd. betragen, um eine intensive Abkühlung des
Strangs zu erreichen.
Nachstehend wird erläutert, wie die Anzahl der Richtpunkte bei dem Verfahren nach der Erfindung ermittelt
wird. Die Höhe der Bogenstranggießanlage muß so gering sein, daß die Stärke der Kruste nicht mehr als
60 mm während des Richtens beträgt, wobei die Ausbauchungsspannung auf 0,4% oder weniger beschränkt
wird. Der Krümmungsradius der gekrümmten Kokille und die Anzahl der Richtpunkte hängen voneinander ab
und müssen derart sein, daß die geringe Höhe der Anlage und die Richtspannung nicht die Spannung (sc) überschreitet,
bei der Risse gebildet werden. Der Abstand zwischen den Walzen sollte so sein, daß der schnelle
Spannungsabbau aufgrund der dünnen Kruste und der hohen Temperatur vollständig ausgenutzt wird. Die Anzahl
der Richtpunkte wird anhand der vorstehenden Überlegungen ermittelt Vorzugsweise ist jedoch die
Anzahl der Richtpunkte so groß wie möglich, da die Gegenkraft des Strangs auf die Richtwalzen über eine
große Anzahl von Richtwalzen hinweg verteilt und damit abgeschwächt werden kann. Die Anzahl der Richtpunkte
wird vorzugsweise so klein wie möglich gehalten, so daß nur ein geringer Arbeitsaufwand erforderlich
ist, um die Ausrichtung der Walzen in der Richtzone der Bogenstranggießanlage vorzunehmen und aufrechtzuerhalten.
Um die Ausbauchungsspannung zu unterdrücken, beträgt
die Höhe der Bogenstranggießanlage nach der Erfindung zwischen höchstens 4,9 m und vorzugsweise
mindestens 2 m, wobei die Anzahl der Richtpunkte vorzugsweise mindestens zwei und höchstens fünfzehn beträgt.
Die gekrümmte Kokille sollte einen Krümmungsradius von mindestens 2 m haben, da 2 m den kleinsten Radius
darstellen, um ein glattes Gießen des geschmolzenen Stahls in die Kokille mittels einer Tauchdüse sowie
eine hohe Gießgeschwindigkeit sicherzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Brammen geeignet. Aus diesem
Grunde weist die zum Gießen verwendete Kokille einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Wenn die
gekrümmte Kokille einen kleinen Krümmungsradius aufweist, so kann der normale rechteckige Querschnitt
des Strangs nach dem Richten leichter erhalten werden, wenn eine Kokille mit einem trapezförmigen Querschnitt
(die obere kürzere Seite und die untere längere Seite des Trapezes sind auf der äußeren bzw. inneren
Seite der Strangkurve angeordnet) verwendet wird, verglichen mit einer Kokille, die einen normalen rechteckigen
Querschnitt aufweist. Die gekrümmte Kokille weist deshalb vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt
auf.
Das Ausmaß des Ausbauchens (<fe) und der prozentuale
Wert der Ausbauchungsspannung (εβ) werden
durch die folgende Gleichung (1) bzw. (2) ausgedrückt:
a k · ρ ■,
δ β =
(mm)
_ 1600· öß-d
- -ρ
- -ρ
worin
α einen Formfaktor des Strangs bedeutet und im Falle
einer Bramme 0,15 ist;
k 1,02/1500-Tist;
T die Temperatur eines bestimmten Abschnitts des Strangs in 0C ist;
ρ der ferrostatische Druck des geschmolzenen Metalls in kg/mm2 ist;
d die Dicke des erstarrten Mantels in mm ist;
/ der Abstand zwischen den Walzen in mm ist; und
/ der Abstand zwischen den Walzen in mm ist; und
ν die Gießgeschwindigkeit in mm/min ist.
Durch die niedrige Stranggießanlage, die erfindungsgemäß eingesetzt wird, ist es möglich, den ferrostatischen
Druck auf einem geringen Niveau zu halten.
In F i g. 3 sind Versuchsergebnisse sowie die maximale Ausbauchungsspannung moderner, repräsentativer
Stranggießanlagen wiedergegeben, wobei diese Spannung unter der Annahme errechnet worden ist, daß ein
Gießen mit hoher Geschwindigkeit und mit einem langsamen Abkühlen bei diesen Anlagen durchgeführt wird,
und daß ein Strang vorliegt, dessen Kruste eine Stärke von 60 mm oder weniger sowie eine Oberflächentemperatur
von 900° C oder mehr am Übergang von der gekrümmten Zone zu der horizontalen Zone dieser Anlagen
aufweist
Es ist bekannt, daß innere Risse durch Ausbauchen in
starkem Ausmaß dadurch unterdrückt werden können, daß die Ausbauchungsspannung wenigstens in dem Abschnitt
zwischen der Stelle unmittelbar unter der gekrümmten Kokille und der Stelle, wo die Erstarrung
abgeschlossen ist, jedoch vorzugsweise über die gesamte Bogenstranggießanlage hinweg, auf 0,4% oder
weniger gehalten wird. Darüber hinaus kann, wenn die Ausbauchungsspannung von 0,4 gegen 0% verringert
wird, entsprechend der Herabsetzung der Ausbauchungsspannung die Seigerung wirksam unterdrückt
werden.
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die maximale Ausbauchungsspannung
(εβ) von 0,4% oder weniger erreicht werden kann, wenn ein Strang mit einer hohen Gießgeschwindigkeit
und einer langsamen Abkühlgeschwindigkeit mit einer Bogenstranggießanlage mit einer Höhe
von 4,9 m oder weniger gegossen wird. Dies bedeutet, daß bei einem Gießen mit hoher Geschwindigkeit
und langsamer Abkühlung, um eine dünne Kruste in der Richtzone oder horizontalen Zone der Bogenstranggießanlage
sowie eine hohe Oberflächentemperatur des Strangs, nämlich von 9000C oder mehr, vorzugsweise
10000C oder mehr, sicherzustellen, innere Risse durch die Ausbauchungsspannung in großem Ausmaß unterdrückt
werden können. Eine Höhe der Bogenstranggießanlage von vorzugsweise 3,5 m oder weniger trägt
zu einer erheblichen Verringerung der inneren Risse sowie der Seigerung in der Mitte bei, da die Ausbauchungsspannung
fast 0% ist.
Der Durchmesser (Dr) der Walzen wird ausgedrückt durch:
wenn das Ausmaß des Anschwellen (δβ) und der prozentuale
Wert der Ausbauchungsspannung (εβ) durch die Gleichung (1) bzw. (2) ausgedrückt werden. L ist die
Länge der Walzen. Beispielsweise ermöglichen sowohl eine langsame Abkühlung wie eine hohe Gießgeschwindigkeit
daß der Strang die Stranggießanlage mit einer hohen Temperatur verläßt. Die niedrige Abkühlung
verursacht eine Herabsetzung von I / I in der Glei-
chung (1). Da sowohl
l/T
K wie [ ν
herabgesetzt werden,
wird das Ausmaß des Anschwellens (δβ) sowie der prozentuale
Wert der Ausbauchungsspannung (εβ) multiplikativ vermindert. Beispielsweise ist eine Bogenstranggießanlage,
mit der ein Gießen mit einer maximalen Ausbauchungsspannung von 0,4% oder weniger
durchgeführt werden kann, und die Höhe von 4,9 m oder weniger sowie eine gekrümmte Kokille aufweist,
um 250 mm dicke und 2100 breite Brammen zu bilden, in einer Weise mit Walzen versehen, daß die Hauptwaize
in der gekrümmten Zone einen Durchmesser von 140 bis 300 mm aufweisen und in Abständen von 190 bis
300 mm angeordnet sind, und die Hauptwalzen in der horizontalen Zone einen Durchmesser von 250 bis
300 mm aufweisen und in Abständen von 300 bis 800 mm, insbesondere von 450 bis 800 mm angeordnet
sind, wobei mit einer hohen Gießgeschwindigkeit und einer langsamen Abkühlung gearbeitet wird. Die Gießgeschwindigkeit
kann 1,5 m/min betragen. Die Abkühlbedingungen können so sein, daß der Abschnitt des
Strangs, der sich dem gekrümmten Abschnitt des Strangs anschließt, eine Krustenstärke von 60 mm oder
weniger und eine Oberflächentemperatur von 900° C oder mehr aufweist Es ist darauf hinzuweisen, daß der
maximale Abstand zwischen den Walzen der horizontalen Zone bis zu 88 mm betragen kann, und der minimale
Durchmesser der Walzen bis zu 300 mm. Unter diesen Bedingungen wird sichergestellt, daß ein Strang, der die
Bogenstranggießanlage verläßt, eine hohe Temperatur aufweist
Die Bogenstranggießanlage, die aus »Stahl und Eisen«, Bd. 95 (1975), Nr. 16, S. 733-741 bekannt ist stellt
eine Anlage zur Herstellung von Brammen kleiner Stärke dar, die als durchschnittliche Abmessungen eine Stärke
von 150 mm und eine Breite von 600 mm aufweisen.
wobei die Anlage eine Höhe von 4,0 bis 4,2 m besitzt. Bei dieser Anlage weisen die Hauptwalzen, die in der
horizontalen Zone der Bogenstranggießanlage angeordnet sind, einen Durchmesser von 380 mm auf, wobei
sie so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den Walzen 430 mm beträgt. Derartige Walzen werden auf
dem Gebiet des Stranggießens als Walzens großen Durchmessers und als eng angeordnete Walzen betrachtet.
Diese Walzen sind im Hinblick auf die hohen Baukosten von Nachteil, da die Kosten und die Zahl der
Walzen groß sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Gießen starker und breiter Brammen, beispielsweise
mit einer Stärke von 250 mm und einer Breite von 2100 mm, ermöglicht. Das Ausbauchen derartiger starker
und breiter Brammen wird verhindert selbst wenn die Anlage bei hoher Temperatur betrieben wird.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Höhe der Stranggießanlage 4,9 m oder weniger beträgt und weiterhin
die Walzen, die in der gekrümmten Zone zum Vielpunktrichten angeordnet sind, einen kleinen Durchmesser
besitzen, wobei jede Walze aus separaten Walzteilen besteht. Ein Beispiel für die Gießparameter, die das
Gießen starker und breiter Brammen ermöglichen, ist ein Abstand zwischen den Hauptwalzen, die in der horizontalen
Zone der Bogenstranggießanlage angeordnet sind, von 800 mm oder weniger, ein Durchmesser dieser
Walzen von 350 mm oder weniger, und eine Gießgeschwindigkeit zwischen 1,6 und 1,8 m/min. Außer dem
Gießen starker und breiter Brammen wird eine hohe Temperatur der Brammen am Ende Bogenstranggießanlage
von beispielsweise 11000C oder mehr durch diese
Parameter erreicht, die Qualität der Seigerung in der Mitte erheblich verbessert und das Ausmaß von Fehlern
der Brammen beträchtlich vermindert verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren.
Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
B e i s ρ i e 1 1
Ein Strang mit einer Stärke von 250 mm und einer Breite von 1000 mm wurde mit einer Bogenstranggießanlage
mit einer Höhe von 3,2 m gegosssen. Die erste Kurve des Strangs wurde durch die gekrümmte Kokille
definiert, deren Krümmungsradius 3 m betrug. Die Gießparameter zur Herstellung des Strangs waren folgendermaßen:
so Gießgeschwindigkeit:
Wasserdurchsatz:
Wasserdurchsatz:
V= 1,7 m/min
0,8 l/kg
0,8 l/kg
Die Krustenstärke an den Richtpunkten des gekrümmten Strangs betrug: d S 43 mm.
Zum Vergleich wurden die Gießparameter wie folgt eingestellt:
Gießgeschwindigkeit:
Wasserdurchsatz:
Wasserdurchsatz:
V = 0,7 m/min 0,5 m/min
1,8 l/kg
1,8 l/kg
Die Krustenstärke an den Richtpunkten des gekrümmten Strangs betrug: d = 70 mm—90 mm.
Die prozentualen Anteile der Fehler der Stränge waren folgendermaßen:
Oberflächenfehlcr Innere Risse
Erfindung 0,5% 0%
Vergleichsbeispiel 20% 30%
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Claims (5)
1. Verfahren zum Behandeln eines Stahlstranges von mindestens 200 mm Stärke in einer Bogen-Stranggießanlage,
der mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,2m/min abgezogen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß während des Richtens des Strangs die Temperatur der Kanten des
Strangs auf mindestens 9000C gehalten und der ferrostatische
Druck im letzten Richtpunkt auf einen Wert eingestellt wird, der einer Bauhöhe der Bogenstranggießanlage
von maximal 4,9 m entspricht
2. Bogenstranggießanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- is
net, daß die Bogenstranggießanlage eine Höhe von höchstens 4,9 m, vorzugsweise höchstens 3,5 m aufweist,
und daß eine Sekundärkühleinrichtung- für ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch vorgesehen ist
3. Bogenstranggießanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zur Bildung eines Stranges
mit rechteckigem Querschnitt nach dem Richten die Stranggießkokille der Bogenstranggießanlage
einen trapezförmigen Querschnitt aufweist wobei die kürzere Seite des Trapezes an der äußeren Seite
des Bogens der Bogenstranggießanlage und die längere Seite an der inneren Seite angeordnet ist
4. Gußstrang, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 behandelt ist dadurch gekennzeichnet daß
die Krustenstärke während des Richtens mindestens 20 mm und höchstens 60 mm beträgt.
5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Stränge, die direkt dem Warmwalzen zugeführt
werden.
35
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