DE3207091C2

DE3207091C2 - Verfahren zum Abziehen eines Gußstranges aus Metall aus einem Gießrad

Info

Publication number: DE3207091C2
Application number: DE3207091A
Authority: DE
Inventors: Munehiro Endo; Tomoaki Hitachi Kimura; Hideyo Kodama; Eisuke Katsuta Niiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1984-12-20
Also published as: US4454908A; JPH0144426B2; JPS57142749A; DE3207091A1

Abstract

Stranggießverfahren, bei dem Metallschmelze (2) kontinuierlich in einen bewegten Formhohlraum gegossen wird, der zwischen einem Gießrad (4) mit einer Umfangsgießnut (4a) und einem bewegten Band (5) gebildet wird, der die Umfangsgießnut (4a) teilweise abdeckt. Der gegossene Strang (9), bei dem wenigstens dessen äußere Oberflächen erstarrt sind, wird kontinuierlich vom bewegten Formhohlraum mittels Quetsch rollen (13) abgezogen, die mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als der des Gießrades (4) gedreht werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art.

Wenn ein Metall, beispielsweise eine Eisenlegierung, nach dem Stranggießverfahren gegossen wird, erstarrt der Kernteil des Gußstranges wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit der Eisenlegierung noch nicht am Auslaß der bewegten Gießnut. Das Abziehen des Guß Stranges aus der Gießnut neigt daher zur Verursachung einer Rißbildung an der Innenoberfläche de; erstarrten Schale oder Kruste des Gußstranges. Im schlimmsten Fall pflanzt sich die Rißbildung bis zur Oberfläche des Gußstranges fort und ermöglicht ein Ausfließen von Metallschmelze durch den Riß.

Um die unerwünschte Rißbildung im Gußstrang während des Abziehens zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen in Übereinstimmung zu bringen, wie beispielsweise in der IP-OS 35 624/1979 offenbart ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs vorausgesetzte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine unerwünschte RiDbildung im Gußstrang vermieden wird, wenn dieser aus der bewegten Gießnut abgezogen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnende Maßnahme des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Beim Stranggießverfahren unter Verwendung eines Gießrades und eines Gießbandes, die zusammen einen bewegten Stranggießkokillenhohlraum bilden, wird die Metallschmelze aus einer Pfanne durch eine Gießdüse kontinuierlich in die Gießnut gegossen, während das Gießrad rotiert, wodurch kontinuierlich ein Strang als Gußstück erzeugt wird. Um ein konstantes Niveau der Metallschmelze in der Gießnut aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades fein zu justieren, da die Gießgeschwindigkeit der Metallschmelze durch die Gießdüse je nach einer Verstopfung der Gießdüse und aus anderen Gründen schwanken kann. Eine unzulängliche Justierung der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades kann verschiedene Nachteile, wie z. B. ein Überfließen der Metallschmelze. Schwankungen in der Abkühlungszeit usw., hervorrufen. Die Justierung der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades erfordert ihrerseits eine Justierung dsr Umfangsgeschwindigkeit der Abzugs-Walzen ent-

sprechend der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades. Die Rißbildung im Strang läßt sich nicht vollkommen vermeiden, auch wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades zur Aufrechterhaltung eines konstanten Niveaus der Metallschmelze justiert wird und gleichzeitig sine Übereinstimmung zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades und der der Walzen beibehalten wird.

Die Erfinder führten eine genaue Untersuchung der Gründe dieser Rißbildung durch und fanden, daß die Rißbildung der Tatsache zuzuschreiben ist, daß der Strang mit ungleichmäßiger Dicke seiner Strangkruste abgezogen wird. Insbesondere schrumpft die Metallschmelze, wenn sie erstarrt. Beim Stranggießen der beschriebenen Art wellt die Metallschmelze verschiedene Grade der Erstarrungsschrumpfung an ihrer dem Gießband zugewandten Seite und an ihrer dem Gießrad zugewandten Seite auf. Der Grad der Erstarrungsschrumpfung schwankt sogar an einer Seite des Stranges, z. B. der dem Gießrad zugewandten Seite, aufgrund der Schwankung des Oberflächenzustandes der Gießnut, der Schwankung der Wanddicke des Gießrades und anderer Ursachen. Es ist also praktisch unmöglich, eine gleichmäßige Erstarrungssch-umprui,» der Metallschmelze über die gesamte Oberfläche der Gießnut zu erhalten. Da sich der Grad der Erstarrungsschrumpfung je nach der Stelle in der Gicßnut unterscheidet, bilden sich hier und da Spalte zwischen dem gegossenen Strang und der Gießnut. Der Teil der Metallschmelze, wo der Spalt vorliegt, erstarrt mit einer geringeren Geschwindigkeit als der in dem direkt die Gießnut berührenden Teil. Folglich schwankt die Dicke der Strangkruste des gegossenen Stranges, wenn dieser aus der Gießnut abgezogen wird, in wellenartiger Weise. Während dieser gegossene Strang kontinuierlich abgezogen wird, konzentriert sich die Bicgebcanspruchung auf die Teile, wk die Dicke der Strangkruste klein ist, wodurch in diesen Teilen eine Rißbildung hervorgerufen wird.

Die Erfinder fanden, daß es, indem man die Abziehgeschwindigkeit des gegossenen Stranges größer als die Fördergeschwindigkeit des Stranges durch das Gießrad macht, um dadurch den gegossenen Strang zwangsläufig in Kontakt mit der Bodcnfläche der Gießnut zu bringen, möglich ist, die Dicke der dem Boden der Gicßnul zugewandten Strangkruste im wesentlichen zu ver-

6n gleichmäßigen.

Dadurch, daß man die Umfangsgeschwindigkeit der Abzugs-Walzen größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades macht, wird auf den gegossenen Strang eine Zugkraft derart ausgeübt, daß dieser auf die Oberfläche des Bodens der Gießnut gedrückt wird. Dies verringert somit die Neigung einer Bildung von Spalten zwischen dem gegossenen Strang und der Gießnut, so daß eine im wesentlichen konstante Erstarrungsge-

schwindigkeit in der Metallschmelze an deren dem Boden der Gießnut zugewandten Seite gesichert wird. Weiter wird, da die Länge des Kontakts zwischen der Metallschmelze und der Gießnut erhöht wird, die Kühlwirkung der Metallschmelze unter Erhöhung der Dicke der Strangkruste gesteigert Es zeigte sich auch, daß die erhöhte Kontaktlänge einen weiteren Vorteil der Korrektur der Ungleichmäßigkeit der Krustendicke am Teil der Steigerung der Kontaktlänge bietet

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der Gußslrang aus dem Gießrad mit gleichmäßiger Dicke der Strangkruste insbesondere an der dem Boden der Gießnut zugewandten Seite des Stranges abgezogen. Infolgedessen wird die Biegebeanspruchung gleichmäßig verteilt, so daß die unerwünschte Rißbildung im gegossenen Strang beseitigt wird.

Erfindungsgemäß wird die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen vorzugsweise mit 102 bis 110% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades gewählt Die untere Grenzgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit von 102% der Umfangsgeschwindigkeit des Gieürades, ist ein auf einen Versuch gestützter Wert Falls die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen geringer als diese Geschwindigkeit gewählt wird, tritt noch die Neigung zur Rißbildung an der Innenoberfläche der Strangkruste auf, wenn der gegossene Strang aus der Gießnut abgezogen wird. Im Gegensatz dazu führt eine Umfangsgeschwindigkeit über 110% derjenigen des Gießrades zu einer übermäßig hohen Zugspannung in der Strangkruste, so daß der gegossene Strang unerwünschte Risse und Brüche aufweisen kann. Vorzugsweise wird die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen im Bereich von 103 bis 107% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades gewählt.

Die Erfindung liefert einen bemerkenswerten Effekt besonders dann, wenn sie zum Stranggießen von Stahl angewandt wird, da im gegossenen Strang der Kern des Stranges noch geschmolzen ist, wenn der Stang aus dem Kokillenhohlraum abgezogen wird.

Die Erfindung wird am vorteilhaftesten auf das Stranggießen solcher Stähle angewandt, die sich zum Durchlauf einer Umwandlung von ό zu y im Lauf des Abkühlungsschrittes eignen und zu den erwähnten Stählen gehören. Typische Beispiele von Stählen, auf die die Erfindung am vorteilhaftesten anwendbar ist, sind Manganstahl, Siliziumstahl, Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,5 Gew.-% usw.

Die Vorteile der Erfindung werden im folgenden unter der Annahme beschrieben, daß die Erfindung beim Stranggießen ?ines 0,1 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Kohlenstoffstahls angewandt wird. Ein solcher Kohlenstoffstahl zeigt eine Umwandlung zu ό im Lauf des Abkühlens, und ό wird weiter in y umgewandelt. Eine starke Erstarrungsschrumpfung wird während der Umwandlung von ό in γ hervorgerufen. Die Umwandlungsgeschwindigkeit von δ in γ variiert empfindlich in Abhängigkeit vom Zustand der Innenoberfläche der Gießnut. Und zwar findet die Umwandlung eher im Teil, wo der Wärmeübergang auf die Gießnut mit einem hohen Durchsatz erfolgt, als in dem Teil statt, wo der Wärmeübergang mit niedrigem Durchsatz erfolgt. Dies führt zur Bildung eines Spalts zwischen dem gegossenen Strang und der Gießnut und zur Hervorrufung eines Mangels an Gleichmäßigkeil der Dicke der Strangkruste. Die Geschwindigkeit de i Abziehens des gegossenen Stranges kann durch Erfassen des Antriebsdiehmomcnts d<:s Gießrad-Antricbsmotors aus dem Wert des elektrischen Stromes und ''nstellen der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades derart justiert werden, daß das Antriebsdrehmoment der Steuergröße in Abhängigkeit vom Niveau der Metallschmelze folgt, während die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen so justiert wird, daß sie im Bereich von 102 bis 110% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades liegt

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

ίο F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Stranggießvorrichtung; und

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Geschwindigkeitssteuereinheit.
Gemäß Fig. 1, die schematisch eine Stranggießvorrichtung zeigt, wird ein bewegter Kokillenhohlraum zwischen einem Gießrad 4 mit einer Gießnut 4a und einem endlosen Gießband 5 gebildet, das durch eine Riemenscheibe 6 gespannt wird. Eine von einer Pfanne 1 aufgenommene Metallschmelze 2 wird doch eine Gießdüse 3 in den Kokillenhohlraum gegossen. Das Gießband 5 wird mittels einer Wasserkühleinrichtung 7 mit einer Wasserspritzöffnung gekühlt. Die Wärme der Metallschmelze wird an das Gießrad 4 und das endlose Gießband 5 abgegeben, so daß sich die Metallschmelze allmählich unter Erstarrung ihrer Oberflächen abkühlt und sich eine Strangkruste 8 bildet. So wächst die Dicke der Strangkruste 8 allmählich, während sich der Kokillenhohlraum entsprechend der Drehung des Gießrades 4 bewegt.

Am Auslaß des Kokillenhohlraumes, an dem der gegossene Strang 9 vom Gießrad 4 getrennt wird, sind ein wassergekühltes Messer 10, Richtrollen 11 und Sprühdüsen 12 angeordnet Das Messer 10 dient zum Trennen des gegossenen Stranges 9 vom Gießrad 4, während die Richtrollen 11 zum Einebnen des gebogenen, vom Gießrad 4 getrennten Stranges 9 eingerichtet sind. Der horizontal gerichtete Strang 9 wird dann mittels der Sprühdüsen 12 gekühlt Der gerichtete und gekühlte gegossene Strang 9 wird dann mittels Walzen 13 abgezogen, die mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als der des Gießrades 4 gedreht werden, kühlt sich ab und erstarrt vollständig bis zu seinem Kern.

Der Gießrad-Antriebsmotor 15 wird nrttels einer Steuereinheit 16 entsprechend dem Ausgang von einem Metallschmelzen-Niveaudetektor 14 in der Weise gesteuert, daß ein konstantes Niveau der Metallschmelze aufrechterhalten wird. Die dem Walzen-Antriebsmotor 17 und dem Gießrad-Antriebsmotor 15 zugeführten Ströme werden durch zugehörige Stromdetektoren 18

so bzw. 19 erfaßt

Die von den zugehörigen Stromdetektoren 18 und 19 (Fig.2) erfaßten elektrischen Ströme werden Tiefpaßfilter 20, 20 zugeführt, wo die Schwankungskomponen· ten aufgrund einer Beschleunigung und Verzögerung eliminiert werden. Die Ausgänge von den einzelnen Tiefpaßfiltern 20,20 werden Komparatoren 21,21 zugeführt, wo diese Ausgänge mit eingestellten Werten verglichen werden die durch Bezugsstrom-Einstelleinrichtungen 22 bzw. 23 eingestellt werden. Geeignete Bezugsströme werden vorab in diesen Stromeinsielleinrichtungen 22 und 23 eingestellt Insbesondere wird der in der Bezugsstrom-Einstelleinrichtung 23 eingestellte Stromwert mit 102 bis M0% des in der Bezugsstrom-Finstelleinrichtung 22 eingestellten Stromes gewählt

ti5 Die Ausgänge von den Komparatoren 21, 21, d.h. die Unterschiede zwischen den erfaßten Strömen und den Bezugsströmen, die in den Bezugsstrom-Einstelleinrichtungen 22, 23 eingestellt sine, werden zugehörigen

Drehzahlbefehlseinrichtungen 24 und 25 zugeführt. Die Drehzahlbefehlscin^richtungen 24 und 25 empfangen andererseits den Ausgang vom Niveaudetektor 14. um die Drehzahlsteuerung derart zu bewirken, daß die Metallschmelzenoberfläche mit dem Bezugsniveau überein- '> stimmt. Die Dreh/ahlbefehlc werden zugehörigen Drehzahlsteuergeräten 26 und 27 der Motoren 15 und 17 zugeführt, so daß die Motoren 15 und 17 mit den Drehzahlbefehlen entsprechenden Drehzahlen betrieben werden. Ist der Drehzahlbefehl für das Gießrad 4 so hoch, daß auf den gegossenen Strang 9 eine Druckkraft einwirkt, wird das auferlegte Lastdrehmoment des Gießrades 4 groß, um die Drehzahl des Gicßrad-Antriebsmotors 15 zu verringern. Das Drehzahlsteuergerät 26, das zur Beibehaltung der befohlenen Drehzahl r> durch Steigerung oder Verringerung des elektrischen Stroms geeignet ist. wirkt in diesem Fall zur Steigerung H#»s r!pm OipftrarUAniriphsmntnr IS 7iiat*iithrtpn plpW- — — - - — — —*?~*

frischen Stromes, um die Drehzahl des Gießrades 4 wieder einzustellen. Der gesteigerte elektrische Strom wird vom Stromdetektor 19 erfaßt und durch den Komparator 21 mit dem Bezugsstrom verglichen. Da in diesem Fall der erfaßte Strom stärker als der Bezugsstrom ist, nimmt der Unterschied einen positiven Wert an, der der Drehzahlbefehlseinrichtung 24 zugeführt wird. Die Drehzahlbefehlseinrichtung 24 gibt dann einen Befehl zur Verringerung der Drehzahl des Gießrades 4 ab, wodurch der dem Motor 15 zugeführte elektrische Strom in Übereinstimrrring mit dem Bezugsstrom gebracht wird. Andererseits empfängt der Walzen-Antriebsmotor 17 einen Befehl zur Steigerung der Drehzahl aufgrund des gleichen Prinzips, wodurch der diesem Motor 17 zugeführte elektrische Strom in Übereinstimmung mit dem Bezugsstrom gebracht wird.

35 B e i s ρ i e! 1

25 t einer auf 156O⁰C gehaltenen Stahlschmelze aus 0.18% C,037% Si,0,42% Mn.0.023% P.0,018% S, Rest Fe. wurden 40 min in eine bewegte Gießnut mit einem trapezförmigen Querschnitt einer Tiefe von 130 mm und Breiten von 160 mm und 190 mm am oberen Ende bzw. am unteren Ende gegossen. Das Gießrad wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 3,0 m/min gedreht, während die Walzen mit einer Umfangsgeschwin- -15 digkeit von 3.1 m/min angetrieben wurden, die etwa 103% derjenigen des Gießrades ist, um den gegossenen Strang aus der Gießnut abzuziehen. Der so gebildete Stahlstrang wurde untersucht, und es zeigte sich, daß er eine gute Qualität ohne innere Rißbildung hatte. v>

Beispiel 2

25 t eines Schweißbauwalzstahls aus 0.19% C, 0.49% Si. 1.13% Mn, 0,025% P, 0.022% S. Rest Fe, die im geschmolzenen Zustand bei 1545°C gehalten wurden, wurden 35 min in die bewegte Gießnut mit der gleichen Form und Abmessung wie im Beispiel 1 gegossen. Das Gießrad wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 42 m/min angetrieben, während die Walzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4.5 m/min angetrieben wurden, die etwa 107% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades ist. Der gegossene Strang wurde untersucht, doch beobachtete man keine innere Rißbiidung der Strangkruste.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abziehen eines Gußstranges aus Metall aus einem Gießrad mit einer Gießnut, die zu einem Teil mit einem Gießband abgedeckt wird, wobei der wenigstens teilweise erstarrte Strang beim Abziehen durch Walzen verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (13) mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades (4) betrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen (13) im Bereich von 102 bis 110% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades (4) gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen (13) im erreich von 103 bis 108% der Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades (4) gewählt wird.

4. Verwendung einer Stahlschmelze für den Gießstrang bei dem Verfahren nach Anspruch 1.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsdi ehmomente des Motors (15) zum Antrieb des Gießrades und des Motors (17) zum Antrieb der Walzen (13) von den den Motoren (15, 17) zugeführten elektrischen Strömen erfaßt werden und die jedem der Motoren (15, 17) zugeführten Ströme durch Vergleich mit Bezugsströmen justiert werde.).