DE3112947C2

DE3112947C2 - Verfahren und Anlage zum Bogenstranggießen

Info

Publication number: DE3112947C2
Application number: DE3112947A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Himeji Hyogo Murakami; Shuji Kitakyushu Fukuoka Nagata; Takashiro Nonaka; Yasuo Suzuki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1986-08-07
Also published as: NL8101538A; NL183635B; ES510016A0; BE888233A; NL183635C; IN155878B; DE3112947A1; GB2073074B; BR8101991A; CH652628A5; AU6887681A; CA1186473A; FR2479720A1; IT1143480B; MX155720A; AU529145B2; FR2479720B1; ES8303145A1; IT8167457A0; US4433717A

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.

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 (ε_υ) 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 (e_c), 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 (i_t) 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 (s_c) 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· ö_ß-d
- -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

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:

V= 1,7 m/min
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:

V = 0,7 m/min 0,5 m/min
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

Patentansprüche:

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.

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