DE3236284A1 - Bogenstranggussmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Bogenstranggußmaschine mit niedriger Bauhöhe, deren Biegezone in einem Bereich von 6 bis 35 der Gesamtlänge der Maschine liegt, so daß die Maschine mit geringen Kosten erstellt und betrieben werden kann, zur Erzeugung von Stahlsträngen ohne innere Risse, Querrisse und Eckrisse.

Description

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Die Erfindung betrifft eine ilogenst ranggußmasch ine mit geringer Höhe, die mit geringen Au!wand aufgebaut und betrieben werden kann, und welche Stränge, insbesondere aus Stahl, herstellt ohne innere Risse, ohne quer verlaufende Oberflächenrisse und Eckrisse.

Sei herkömmlichen Verfahren wird der flüssige Stahl nach dem Frischen in eine Kokille eingegossen und der dort hergestellte äarren wird in einem Tiefofen einem Wärmeausg1 eichsprozeß unterworfen. Anschließend wird der Stahl auf einer ßlockstraße gewalzt und auf normale Teaiporaturen gebracht. Der abgekühlte Block bzw. die abgekühlte üraürne wird mit Flammstrahlen behandelt, um über f 1 ächen fell 1 er zu beseitigen. Die B ramwird dann wieder erhitzt und im Anschluß daran zu Bändern oder Stangen gewalzt. Es hat auf dem Gebiet des Gießens von flüssigem Stahl in lange Stäbe oder Stränge, welche auf normale Temperaturen abgekühlt sind, anschließend mit Flamnstrahlen behandelt werden und für das Walzen in Bänder oder Stäbe wieder erhitzt werden, eine rasche Entwicklung stattgefunden. Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen her-M¹ "ml i ehe η Cii eiivc r f :ili r en ist das -S t r a η;.', >; u Λ ν e r f ah r en bedeutend einlud, e r u η d »ve ist ;; r:; η .1 .*> '.Ί ι y, 1 i c: ι ,.: \."e i V ο r t e i 1 c d ei ng egenüber

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auf: Es besitzt eine höhere Ausbeute an verwendbarem Produkt, und der Tiefofen wird überflüssig.

Urn das Stranggußverfahren noch zu voroessern, .nuß die Strangguisani age folgenden Anforderungen genügen:

(1) Sie muß mit äußerst geringem Aufwand aufgebaut und betrieben werden können und

(2) sie muß Gebrauch machen von der Eigenwärme des flüssigen Stahls, da hierdurch die thermische Energie, welche zur wiedererhitzung des langen Stranges bzw. Stabes, der auf die normale Temperatur abgekühlt ist, auf die für das Walzen erforderliche Temperatur vor dem Warmwalzen verringert wird bzw. die Wiedererhitzung zur Erzielung eines heißen Barrens bzw. Stranges, der für das direkte Warmwalzen geeignet ist, überflüssig wird. Zur Verringerung der Aufbau- und Betriebskosten der Stranggußanlage müssen (aj das Gewicht der Maschine verringert, (b) die Istgeschwind i.gke i t im Hinblick auf Verringerung der Betriebskosten pro Gewichtseinheit der Stahlschmelze erhöht und (c) eine einfache »-,'artung der A'.nschine erzielt werden. Zur Erfüllung der Forderung (a) weist die Maschine eine geringe Festigkeit ruf, ohne JrJJ ihre Ar ue i t s1 e i s tung darunter leidet, und der Strang ,nuß iiiitweniger Stütz-

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und Führungsro 1J en geringeren !Durchmessers transportiert werden. Wenn zur Erfüllung der Forderung (b) die Gießgeschwindigkeit erhöht wird, gelangt ein Strang mit erstarrter Außenhaut geringer Dicke durch die Stranggußmaschine. Hieraus ergibt sich die Gefahr, daß der Strang ausgebaucht wird, wodurch innere Risse oder innere Entmischungen bzw. Seigerungen im Strang entstehen können. Der gebogene Teil der Gießmaschine bildet den Transportweg, entlang welchem der Strang transportiert wird. Der Abstand zwischen den Transportpollcn, welche den Strang stützen, führen und fortbewegen, muß entlang dem Transportweg äußerst genau eingestellt sein. Die Wartung der Gießmaschine ist daher insbesondere beim Auswechseln der Tr ansportrο 1J en äußerst schwierig. Zur Erfüllung der Forderung (c) ist es daher notwendig, die Länge des gekrümmten Teils der Maschine zu verringern.

Un die Forderung (2) zu erfüllen, d. h. um die Eigenwärme der Stahlschmelze auszunützen zur Verringerung bzw. Vermeidung der Wiedererhitzung des Stranges vor dem Warmwalzen muli die Stranggußmaschine einen Strang hoher Qualität erzeugen, der frei ist von überf1üchenrissen und anderen Feil 1 er s t e J J en , die vor eiern w'a r n.vr. J ζ en beseitigt werden ,lüsscn. Hie L^:>eze i c!,;;;jng "ein String mit guter Qualität" bc'Jcu t '..· t einen Strung, der frei ist von inneren Seigerun-

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gen, inneren Rissen, Ober ί 1 äclien ί eh 1 er η und nichtmetallischen Einschlüssen. Insbesondere handelt es sich um einen Strang, der frei ist von überί]üchcnfeh1 er η wie beispielsweise Oberflächenrissen, Eckrissen, welche nach dem Abkühlen auf die N'orrna 1 temperatur erfaßt und beseitigt werden ;nüs sen.

Bogenstranggußmaschinen sind weit verbreitet, und in den meisten Anwendungsfä 1 1 en wird der Strang, der aus der gekrümmten Kokille austritt, begradigt, bevor die Mitte des Strangquerschnitts vollständig erstarrt ist. Hies wird erzielt durch Anwendung eines großen Krümnungsradius (10 bis 13 in) für die Kokille und den ersten'Sogen. Die Gießgeschwindigkeit beträgt 0,7 bis 2 m. Außerdem sind die Tr an sport ro 1len dicht aneinandergereiht und Kühhnitte 1 wird aufgesprüht.

Während ' des Stranggießens befindet sich das Innere des Stranges unter einem hohen statischen Druck, der ausgeübt wird von dem flüssigen Stahl, der die Kokille verläßt. Demgemäß muß die Str anggußtnasch i ne eine, hohe Festigkeit aufweisen, um eine ausreichende Abstützung und Führung- des Stranges zu gewährleisten, damit dieser auf einen) genauen Führungsweg transportiert Vi-r flor, k.iiii.i. Aul;.;· r il!.'iii t-r.'.i'ii₍;t '-!or hohe statische Druck Jes flüssigen Stahl eine Aui-L": jchkr al t im Strang, so daß in her-

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kömrnl· ichen Stranggußmaschinen der aus der Kokille kornnende Strang durch dicht aneinandergereihte Transportrο 1J en gestützt und transportiert wird, um das Ausbauchen zu verringern.

Außerdem wird der Strang rasch mit A'asser (Strömungsgeschwindigkeit: 1,0 i/kg oder mehr) in der zweiten Kühlzone abgekühlt, so daß eine stärkere erstarrte Strangschale entsteht. Gleichzeitig wird der Strang mit geringerer Geschwindigkeit weggeführt, um eine dickere und damit stärkere erstarrte Strangschale zu bilden. Wenn jedoch die Temperatur der erstarrten Strangschale verringert und ihre Dicke erhöht wird, läßt sich die Eigenwärme des geschmolzenen Stahls nicht wirkungsvoll ausnützen, um die thermische Energie, welche zur Wiedererhitzung für das Warmwalzen des Stranges notwendig ist, zu verringern bzw. überflüssig zu machen.

\Venn ein gebogener Strang rasch abgekühlt worden ist, um eine kältere erstarrte Strangschale zu erzielen, und mit geringer Geschwindigkeit wegtransportiert wird zur Bildung einer dickeren Strangschale, entstellen innere Risse, quer verlaufende Oberf1ächenrisse oder Eckrisse im und am Strang. Zur Verringerung der Kraft, welche eine Ausbauchung hervorruft, und zur Verfestigung der Strangschale su.vie zur Vermeidung der vorstehend genannten Fehler im Strang werden folgende drei Tecli-

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• ·

niken bislang verwendet: Verwendung dicht aneinandergereihter Tr anspor t r ο 1 1 en zum Stützen und Führen des Stranges im gebogenen Teil der Sl r anggußmasch i ne, Verteilung der Kraft durcli ein "Vie1ste 1J enger aderichten" unter Verwendung vieler unterschiedlicher Krümmungsradien und rasche Abkühlung des Stranges zur Erzielung einer ausreichend starken erstarrten Strangschale zum Verhindern des Ausbauchens.Demzufο 1 ge beginnt bei herkömmlichen Stranggußmaschinen der Bereich zum Geraderichten des Stranges an einer Stelle, die etwa 13,7 bis 20,^m entfernt liegt vorn Gießspiegel der Schmelze, gemessen entlang der Längsausdehnung des Stranges. An dieser Stelle besitzt der Strang eine Oberf1ächentemperatür zwischen 700

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und 900 C sowie eine erstarrte Strangschale mit einer Dicke von etwa SO bis 120 mn. Wenn der Strang eine Quer sehnittsabmessung von 250 mn Dicke und ISOO mn Breite aufweist, beträgt die erstarrte Strangschale 6Ψ % bis 96 νό der Dicke des Stranges.\Venn ein derartiger Strang geradegerichtet wird,sind eine Ri !Jd i 1 dungs rate von 10 Dis 30 %, eine geschätzte innere Rißoildung (C = 1,5 ω) von 4 bis 5 vo unvermeidbar bei einer herkö;mnJ i chcn Stranggußmaschine. Der Strang kann daher nicht durch Warmwalzen behandelt werden, bevor er nicht abgekühlt wird auf Normal temperatür und diese Fehler beseitigt sind.

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In der Veröffentlichung "Stahl und Eisen", Band 95 (1975; Nr. 16, Seiten 733 bis 741 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein gebogener Strang (Dicke: 150 mn, Breite: 600 mm! mit einem Krümnungsradius von 3,9 m in einer gebogenen Kokille gegossen wird mit einer Gi eßgeschwi nd i gke i t von 0,9 rn/mi η und 0,4- m/min. Dieser Strang wird einer zweiten Kühlung durch Wa sser aufsprüben unterworfen und an mehreren Stellen geradegerichtet. Bei diesem Verfahren läßt sich der statische Druck, der vom flüssigen Stahl ausgeübt wird, verringern. Auf diese Veise läßt sich vermutlich eine der an die Erfindung ge-.stellten Forderungen teilweise erfüllen, d. h. man erzielt in gewissem Umfang eine Verringerung des Aufbaus der Stranggußanlage und deren Betriebskosten, w'i e aus der vorstehend genannten Veröffentlichung aus "Stahl und Eisen" bekannt ist, besitzt eine Stranggußinaschine mit niedriger Bauhöhe eine geringe Festigkeit, jedoch läßt sich der Strang hinreichend gut gießen. Aus dieser Veröffentlichung ist jedoch nicht zu ersehen, wie die weiteren Forderungen der Erfindung erfüllt werden sollen, d. h. wie der flüssige Stahl mit hoher Geschwindigkeit zu einem Strang gegossen werden kann, z. B. mit 1,7 m/min, so daß dadurch pro Gewichtseinheit des Stranges die Herstellungskosten verringert .verden können. Aus der Veröffentlichung ist ferner nicht bekannt, wie ein Strang guter Qualität erzeugt werden κ<.;ηη, d. h. ein solcher Strang, Dei dem wirkungsvoll die i:ige:uvJr:ne des flüssigen Staiii ausge-

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nützt werden kann zur Verringerung bzw. zum Überf1üssigmachen der zusätzlichen thermischen Energie, welche benötigt wird, um den Strang iür das Warmwalzen vorzubereiten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine ßogens t ranggußrnaschine zu schaffen, die mit geringem Aufwand gebaut und betrieben werden kann und mit der Stränge guter Qualität erzeugt werden können, wobei die Eigenwärme des flüssigen Stahls zur Verringerung bzw. Vermeidung der zusatz 1icn aufzuwendenden thermischen Energie für das Warmwalzen des Stranges ausgenützt wird.

Diese Aufgabe wird geJüst durch die Merkmale des Anspruchs 1, wobei in den Unteransprächen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.

Durch die Erfindung wird eine Bogenstranggußmaschine geschaffen mit niedriger ßauhöhe in der Größenordnung von 3 bis 5 m mit einer Begradigungsstrecke, die sich erstreckt in einem Bereich von ό % bis 35 9ό der Gesamtlänge der St ranggußrnaschine. Die Gesamtlänge der Stranggußmaschine ist der Abstand zwischen dem Gießspiege1 der Schmelze.in der Kokille und der Stelle,an der die Erstarrung des Stranges vervollständigt ist. Oie Stelle der vo Il s tarnli ₍;cn Xr s ι ar rung des Stranges kann variieren in Abiiängi gkei t von der Erstarrung in Querrichtung des

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Stranges und in Längsrichtung des Stranges in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen. In der nachfolgenden Beschreibung bedeutet die Gesamtlänge der Stranggußmaschine den Abstand zwischen dem Gießspiegel der Schmelze in der Kokille und der Stelle der vollständigen Erstarrung.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil der Erstarrung des Stranges und der Begradigung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Temperaturen in den Strangecken und des prozentualen Anteils der Erstarrung des Stranges;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Wirkung der Höhe der Stall 1 schme 1 ze (vertikaler Abstc d zwischen Gießspiegel in der Kokille und der Unterseite des horizontal geführten Strangteils auf das Ausmaß der Ausbauchungen des Stranges;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Wirkung der Höhe der Stahlschmelze auf die Deformation durch Ausbauchung iür verschiedene Durchschni11stemper atu-

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ren des St rangquer sehn itts, wobei der strichlierte Teil a den bereich der Verformung durch Ausbauchung zeigt, welche bei einer her köinnl 1 i chen Stranggußmaschine auftritt.

Fig. 5 eine Kurvendarstellung der Wirkung" des Krümmungsradius bei der Begradigung unter ßer ücks i clvt ighung der Anzahl der Begradigungsste 11 en , wobei die Kurven b, c und d die Begradigung bzw. das Ausziehen an einer Stelle, an zwei Stellen und an drei Stellen, die Kurve e die kritische Begradigung, bei der innere Risse auftreten und die Kurve 5 die ßegradiguag an fünf Begrad i gungss te 1 1 en zeigen;

Fig. 6a eine Kurvendarstellung der Kühlwirkung durch Spritzwasser oder ein Gas/Wasserspritzgemisch auf die Oberfl ächent ernper a tür des Stranges, gernessen in Längsrichtung des Stranges;

Fig. 6b eine ahn 1iehe Darstel1ung wie in 6a, wobei jedoch die Ober f 1 ächent ernper atur in Querrichtung des'Stranges gemessen ist;

Fig. 7 eine graphisehe Darste 11ung der Beziehung zwischen der Durchschnittstempera tür quer zum Strang, der eine Dicke von 25ü mn aufwcist, in Abhängigkeit von der Gi eßgesch'vvi nci i gke i t ,-.νόθα i die Linie g die kriti-

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sehe Temperatur für das direkte Einbringen des Stranges in die Walzstraße darstellt und

Fig. 8 schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Bogenstranggußmaschine der Erfindung.

Zur Verringerung der Bau- und Betriebskosten der Stranggußmaschine kommt bei der Erfindung eine Bogenst r anggußmasch i.ne zur Anwendung mit geringer Bauhöhe, die eine gebogene Kokille mit großem Krümmungsr adius aufweist. Die Maschinenhöhe beträgt 5,0 m oder weniger, bevorzugt 4,5 m oder weniger. Die Gießgeschwindigkeit ist relativ hoch und beträgt wenigstens 1,1 m/min, bevorzugt mehr als 1,5 m/min. Bei der erfindungsgemäßen Maschine mit geringe Bauhöhe und hoher Gießgeschwindigkeit befindet sich die Biegezone 4, 5 (Fig. 8) in einem Bereich von 6 96 - 35 96 der Gesamtausdehnung der Maschine. Hierdurch wird eine Verringerung der Erstellungskosten und Betriebskosten erzielt. Außerdem kann die Eigenwärme des flüssigen Stahls wirkungsvoll ausgenützt werden.Auf diese Weise wird die thermische Energie, welche zusätzlich benötigt wird, um einen langen Strang, der auf Norma 1 temperatur abgekühlt ist, wieder auf die für das Warnwalzen benötigte Temperatur zu erwärmen, verringert oder es kann diese zusätzliche Energie vollständig vermieden werden, so daß der noch heiße Strang

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bzw. heiße Stab direkt der Walzstraße zugeführt werden.

Unter Verwendung einer Stranggußmaschine mit einer hohen Gießgeschwindigkeit von wenigstens 1,1 m/min, bevorzugt mehr als 1,5 rn/miη und mit einer Gesamt an 1angenhöhe von 5 m oder weniger, sind die Erstellungskosten und die Betriebskosten verringert. Dies resultiert aus dem verringerten Gewicht der Maschine und der verringerten Gesainthöhe der Anlage. Gleichzeitig lassen sich die Betriebskosten der Maschine pro Gewichtseinheit des zu gießenden Strangs verringerη. Wenn die Gießgeschwindigkeit wenigstens 1,1 m/min, insbesondere mehr als 1,5 m/min beträgt, muß der Strang durch die Stranggußmaschine gelangen, bevor s.ich eine er s tar r te -St rangschal e mit ausreichender Dicke gebildet hat. Hierdurch wird die Gefahr des Ausbauchens erhöht. Wenn eine Maschine mit geringe Bauhöhe, d. h. mit einer Höhe von nicht mehr als 5m, verwendet wird, wird der statische Druck, welcher von der Stahlschmelze ausgeübt wird, um wenigstens die Hälfte verringert, und die Gefahr des Ausbauchens wird erheblich verkleinert.

Ein weiterer Vorteil, der bei der Erfindung erzielt wird, ist das Ausnützen der Eigenwärme der Stahlschmelze, Hierdurch wird die aufzuwendende thermische Energie verringert, welche benötigt wird zum Wiedcrerwärmen des langen Stranges bzw. Bar

rens, der auf Normal temperatur abgekühlt ist, auf die Temperatur, welche benötigt wird beim Warmwalzen. Das Ausnützen der Eigenwärme der Stahlschmelze kann so weit gehen, daß eine zusätzliche Aufheizung des Strangs bzw. des Barrens nicht mehr notwendig ist und dieser direkt dem Warmwalzen zugeführt werden kann. Für das Warmwalzen ist es notwendig, daß a der Strang der Warmwalzstraße mit einer Temperatur von wenigstens

ο ο

1100 C, bevorzugt wenigstens 1200 C zugeführt wird und b der Strang frei von Fehlern, wie beispielsweise quer verlaufenden Oberflächenfehlern und Eckrissen, ist.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die Bogenstranggußmaschine nach der Erfindung so ausgebildet, daß eine Gießgeschwindigkeit von wenigstens 1,1 m/min, bevorzugt wenigstens 1,5 m/min, erzielt wird, so daß die Walzstraße mit einem Strang beliefert wird, der eine Temperatur von wenigstens

ο ο

1100 C, bevorzugt wenigstens 1200 C, aufweist. Da die Stranggußmaschine eine geringe Anlagenhöhe aufweist, die nicht mehr als 5 m beträgt, ist die Biegezone 4, 5 (Fig. 8) bzw. sind die Biegestellen C bis C (Fig. 8) in einem Bereich

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angeordnet, der von 6 Vo bis 35 % der Gesamtlänge der Maschine sich erstreckt, so daß ein Strang guter Qualität mit einer Gießgeschwindigkeit von wenigstens 1,1 m/min, bevorzugt von wenigstens 1,5 m/min, hergestellt wird. Die untere Grenze von 6 Vo ist bestimmt durch die folgenden Faktoren. Die gekrürnnte

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Kokille der St ranggußina sch i ne bzw.

der erste i3ogen des gekrümmten Strangs muß einen Krümmungsradius aufweisen, der größer als 1,3 m ist, da beim Eingießen des flüssigen Stahls ein Bruch der erstarrten Strangschale innerhalb der Kokille vermieden werden muß. ßei einer gebogenen Kokille mit einem Krümnungsradius von 1,5 m ist der gebogene Strang vollendet an einer Stelle, die 2,'4 m vom Gießspiegel entfernt liegt. Wenn die Gesamtmenge der Stranggußmaschine 40 m beträgt, welches ein denkbarer Maximalwertfür her köinnl i ehe Bogens t r angguß.nasch i nen ist, bedeutet 2,k m 6 % der Maschinenlänge, welches die untere Grenze für den Bereich der Biegezone ist. Wenn die Biegesteilen innerhalb ei-' nes Bereichs von 6 % bis 35 % der Gesamtlänge der Stranggußmaschine angeordnet sind, wird eine dünne erstarrte Strangschale im gebogenen Strang an den einzelnen Biegestellen gebildet. Hieraus ergibt sich, daß die kritische Belastungsgrenze für die Rißbildung angehoben wird, so daß die Gefahr der Rißbildung verringert wird. Wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, erfolgt leicht Rißbi1 dung im Strang, wenn

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dieser bei einer Temperatur zwischen 700 C und 900 C geradegebogen wird (Brüchigkeitsbereicn). Wenn jedoch die Biegestellen in einem Bereich von 6 % bis 35 % der Gesamtlänge der Stranggußmaschine liegen, läßt sich das Biegen vervollständigen in einem Temperaturbereich, der hoher als

c und damit außerhalb des Br üch i gke i t sbere i chs liegt.

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Bei der Stranggußmaschine nach der Erfindung ist die ßiegezone innerhalb eines Bereichs von 6 % bis 35 vo der Gesamtlange der Stranggußmaschine angeordnet. Ferner enthä.lt sie 5 oder mehr Biegestellen, so daß die mögliche Biegeverformung über diese Stellen verteilt wird. Ferner erfolgt die Strangführung und -Stützung mittels Rollen geringer Durchmesser, welche zusammen mit der geringen Bauhöhe der Maschine ( 5 m) zur Verringerung des Gewichts der Maschine beitragen. Die Rollen sind in einem Abstand von 200 bis 400 mm (welche herkömmlich 500 bis 600 mn betragen) angeordnet. Wenigstens eine Rolle ist in zv/ei oder mehr Segmente aufgeteilt, um den Abstand zwischen zwei Abstützstellen auf der Rollenachse zu verrinern. Hierdurch können Andrückrollen überflüssig sein, ohne daß das Absorptionsvermögen von Reaktionskräften, welche von dem geradegebogenen Strang ausgehen, beeinträchtigt wird.

Eine in zwei Segmente aufgeteilte Rolle besitzt vorteilhafterweise zwei auf einer Achse angeordnete Segmente, zwei Ro 1.1 ■enteile- und vier Lager, von denen zwei Lager zwischen den beiden Roll en te ilen angeordnet sind.

Die Erfindung wurde geschaffen aufgrund von Untersuchungen beim Stranggießen von flüssigem Stahl mit Hilfe einer Bogens t r ang^ußü.asch i ne . Dabei wurden die Betriebsbedingungen beim Geradebiegen des Stranges untersucht, bei denen quer ve. lau fen-

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de Oberf1ächenrisse, innere Risse und Eckrisse vermieden wurden. Ferner wurden Bedingungen untersucht, bei denen die Suninc der Ausbauchkräfte (ε ) und der Verformungskräfte beimGera-

B
debiegen (ε ) geringer ist als die kritische Verformungs-

kraft für die Rißbildung (ε )_#

»Venn der Strang geradegebogen wird oder anderen Verformungskräften unterworfen wird, ergibt sich Rißbildung innerhalb eines bestinmten Temperaturbereichs (Brüchigkeitsbereich ) , in welchem die kritische Kraft zur Rißbildung (^ε ) niedrig Ist.

c Für herkömmliche Stähle liegt der Brüchigkeitsbereich bei 700

ο
bis 900 C. Demgemäß ist es erforderlich, daß der Strang außerhalb dieses Temperaturbereichs Verformungskräften unterworfen wird. Es ist erwünscht, daß das Geradebiegen in einem

Temperaturbereich erfolgt, der höher liegt als 900 C. Die im Strang auftretende Kraft ist die Summe aus der Ausbauchungskraft und der beim Geradebiegen entstehenden Kraft, vv'enn der Strang in einem hohen Temper tür bere i ch geradegebogen wird, wid die Festigkeit der erstarrten Strangschale verringert, und die Ausbauchkraft aufgrund des statischen Druckes, der ausgeübt wird von dem flüssigen Stahl, wird erhöht. Hieraus entsteht eine Zugspannung an der Fest-Fiüssiggrenzflache, die zu inneren Rissen und anderen inneren Feh-Jern im \'-'a 1 zprodukt führt.

U;η diesen beiden gegensätzlichen Anforderungen zu genügen und

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die Ausbauchkraft zu verringern, wird bei der Erfindung eine Bogens t r anggußrnasch i ne mit geringer Bauhöhe, insbesondere mit einer Höhe von 3 bis 5 m (wodurch wirkungsvoll der statische Druck, welcher vorn flüssigen Stahl ausgeübt wird, verringert wird), verwendet. Die Biegezone liegt in einem Bereich, der über 35 % der Gesamtlänge der Maschine nicht hinausreicht, so daß das Geradebiegen des Stranges in einem Bereich stattfindet, in weichem die prozentuale Erstarrung de Stranges nicht mehr als 55 96 beträgt. Demnach wird der Strang in einem Bereich geradegebogen, in welchem die kritische Verformungsarbeit für Rißbildung (£ ) _etwa doppelt so hoch ist als bei

c
herkömmlichen Techniken. Dies ergibt sich aus der Darstellung in der Figur 1. Die Beziehung zwischen dem Ausbauchen und der Höhe der Stranggußmaschine ist in Figur 3 dargestellt. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß dann, wenn die Bauhöhe der Maschine, ausgedrückt durch die Höhe der Stahlschmelze, 5 m oder weniger beträgt, die Ausbauchungskraft auf die Hälfte bis 1/3 der Kraft absinkt, welche bei herkömmlichen Stranggußmaschinen entsteht, mit einer Höhe zwischen 10 und 1 ^f m. Ein weiterer Vorteil des Geradebiegens des Stranges in einem Bereich, in welchem der prozentuale Anteil der Erstarrung des Stranges nicht mehr als 55 Vo beträgt, ist der, daß in diesem Bereich die Temperatur an den Ecken des Stranges höher als

ο
yöO C liegt. V7enn .nan daher den Strang geradebiegt, bei

einer Erstarrung, die nicht mehr als 55 >o beträgt, werden die

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β 8

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beiden vorstehend genannten, einander entgegengesetzten Anforderungen des Anhebuns der kritischen zur Rißbildung führenden Ver f orinungsarbei t und das Beibehalten der Eck temper a tür des Stranges, welche bestrebt ist, rasch zu sinken, außerhalb

ο
des Brüchigke i tsbeeichs ( 900. C) gleichzeitig befriedigt.

Ein weiterer Vorteil des Geradebiegens des Stranges in dem Stadium, in welchem sich nur eine dünne Strangschale gebildet hat (nicht mehr als 55 Vo Erstarrung) ist darin zu sehen, daß wegen der hohen Strangtemperatur auf den Strang einwirkend 3eanspruchungskräfte um das zehn- bzw. hundertfache rasche nachlassen als bei der her köinnl i chen Technik. Auch hierdurch wird die Minimierung der Rißbildung unterstützt.

Wenn ein Strang mit konkaver Oberfläche geradegebogen wird, wirkt eine Zugspannung in Längs r i clit ung ; Wenn ein Strang mit konvexer Oberfläche geradegebogen wird, wirken in der gleichen Richtung Druckspannungen. Man kann daher davon ausgehen, daß ein gebogener Strang eine neutrale Ebene aufweist, die sich in dessen Längsrichtung erstreckt und diesen in eine konkave und in eine konvexe Seite aufteilt. Im konkaven Strangteil wirken Zugspannungen und im konvexen Strangteil wirken Druckspannungen» Die Größe jeder Spannung bzw. Kraft ist proportional zum Abstand von der neutralen Ebene in Richtung der Strangdicke gesehen. Die Zugspannung, welche in Längsrichtung des geradegebogenen Stranges wirkt, führt zur Bildung von Oberflächenrissen und inneren Rissen. Wenn jedoch der Strang mit gesteuerter Erstarrung geradegebogen wird, wobei die Erstarrung nicht mehr als 55 % beträgt, wird die ein-

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schnürende Wirkung der erstarrten Strangschale erheblich verringert, und die neutrale Ebene verschiebt sich von der Mitte in Richtung zur konkaven Strangseite hin. Hieraus ergibt sich, daß die Zugspannung, welche auf die konkave Strangseite wirkt, eine Größe aufweist, die proportional des Ab stands von der neutralen Ebene ist, d. h. die Zugspannung wird verringert. Dies ist ein weiterer Grund für die Verringerung der Gefahr der Mißbildung.

\Venn der Strang in einem Bereich geradegebogen wird, in weichern der prozentuale Anteil der Erstarrung nicht mehr als 55 Vo beträgt, wird die kritische Verformungskraft für die Rißbildung auf eine Ho lie angehoben, die bedeutend höher liegt als sie durch herkömmliche Techniken erzielt werden kann. Die Strangecken und die St rangoberf1äche besitzen eine Temperatur

ο
von 1000 C oder mehr. Dies liegt außerhalb des Brüchigkeitsbereicns. Da außerdem bei dieser hohen Temperatur auf den Strang einwirkende Kräfte um das zehn- bis hundertfache rascher abgebaut werden als dies bei herkönrnl ichen Maschinen der Fall ist, läßt sich ein geradegebogener Strang guter Qua-1i tat erzeugen.

Zur Erzielung eines heißen fehlerfreien Produkts muß der Strang in einem Temperaturbereich geradegebogen werden, der

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huh er liegt als ^00 (J. Hierzu wird eine ßogens t r anggußrna-

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schine mit niedriger Gesamtbauhöhe, d. h. mit einer Höhe von 3 bis 5 m, verwendet. Bei dieser Imogens t ranggußmasch i nc liegt die Biegezone in einem Bereich, der sich über 35 Vo der Gesamt J änge der Maschine nicht hinaus erstreckt. In diesem Bereich beträgt der prozentuale Anteil der Erstarrung des Stranges nicht mehr als 55 %. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Gi eßgeschwi nd j gke i t mindestens i,l rn/rnin, bevorzugt mindestens 1,5/min beträgt. Die Verwendung einer Bogenstranggußrnaschine geringer Bauhöhe mit großer Krümnung bzw. kleinem Kr üinnungs r ad i us bedingt die Verteilung der hohen Kräfte, welche beim Geradebiegen des Stranges auftreten, auf viele Biegestellen. Bevorzugt erfolgt das Geradebiegen an wenigstens fünf Stellen. Die Figur 5 zeigt die Wirkung der Maschinenbauhöhe und der Anzahl der Biegestellen auf die Verformungskraft, welche auf den Strang wirkt. Bei einer Stranggußmaschine mit hoher Gießgeschwindigkeit und einer Bauhöhe von nicht mehr als 5 m ist es von Vorteil, den Strang an fünf Stellen oder mehr geradezubiegen.

Bei Stranggußverfahren mit hoher Gießgeschwindigkeit wird der Strang, welcher die Kokille verläßt, gestützt und geführt durch Rollen, wobei sich eine dünne erstarrte Strangschale bildet. Da die dünne erstarrte Strangschale in starkem Maße bestrebt ist auszubauchen, sind einige Mittel vorgesehen, um dies zu vermeiden, wodurch bei Verwendung der Bogenstrangguß-

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maschine mit geringer Bauhohe der statische Druck, welcher vorn flüssigen Stahl ausgeübt wird, verringert wird. Hierzu werden bei der Erfindung Rollen mit geringem Durchmesser verwendet. Diese Rollen sind in geringeren Abständen voneinander angeordnet als bei her küimil i chen [Maschinen (200 bis 400 mn im Vergleich zu 500 bis 600 run bei her korvrnl i chen Maschinen). Wenn die Rollen mit k 1 e i nein Durchmes ser in geringern Abstand voneinander angeordnet werden, besteht die Gefahr, daß diese ausgeJenkt werden und daher den Reaktionskräften, welche vom ηichtstationären Teil des Stranges ausgehen, nicht widerstehen können. Um diese Schwierigkeit zu beheben, ist wenigstens eine Rolle in zwei oder mehr Segmente aufgeteilt, und der Abstand zwischen den beiden Abstützstellen auf der Rolienachse ist verringert. Die Abhängigkeit zwischen dem Rollenabstand und der Ausbauchkraft ist in Fig. k dargestellt. Aus dieser ist zu ersehen, daß bei Verringerung des RoI1enabstands um 10 Vo die Ausbauchkraft beim Stranggießen mit hohen Temperaturen mittels einer Maschine mit geringer Bauhöhe ( < 5m) gleich ist der Ausbauchkraft, die auftritt in einem Strang, der in einer herkömmlichen Mach ine mit großer Bauhöhe rasch abgekühlt wird. In der Figur M- stellen die ausgezogenen geraden Linien den Ver ί orrnungsant e i 1 durch Ausbauchen bei einem Rollenabstand von 350 mm dar. Die strich1ier ten Linien stellen den Anteil der Verformung durch Ausbauchung oei einem Ro11enabstund von 315 mm dar. Letztere

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zeigen eine Verringerung von 10 % gegenüber dem Verformungs anteil bei einem Rollenabstand von 350 mm.

Ih bevorzugter Weise wird in der Bogenstranggußmaschine der aus der Kokille austretende Strang durch Rollen geführt, die aus Segment rollen bestehen, und der Strang wird geradegebogen in einer Biegezone, die aus mehreren Sätzen von Klemmrollen bestehen.

Dadurch, daß der Strang bzw. die Bramme geradegebogen wird in einem Bereich, der nicht über 35 % der Gesamtlänge der Bogenstranggußmaschine hinausgeht, wir erzielt," daß die Erstarrung des Stranges 55 % nicht überschreitet. Dies kann durch folgende Gleichung verdeutlicht werden:

Prozentualer Anteil der Erstarrung an einer Geradebiegestelle

.: Abstand zwischen dem Gießspiegel und der letzten Biegestelle, d. h. in Fig. 8 zwischen Gießspiegel 27 und Biegestelle C_io.

Io

£ '. Gesamtlänge der Maschine, d. h. Abstand zwischen Gießspiegel 27 und Stelle 28 in Fig. 8

Eine prozentuale Erstarrung von 55 % ist gleichbedeutend

mit ·£/.£= 0,3-0 2 5.
1 0

Be i sp I e 1 swe i se ist --^— χ 100 = "17,9%, wobei-^i und

^ gleich 9 m und 50,4 m sind), ist ein bevorzugtes Aus-

0
führungsbeispie1 der Erfindung.

Urn die Bildung von Ober f 1 ächenf eh 1 er η auf dem Strang zu verringern und um den Strang auf hohen Temperaturn zu halten,
muß der Strang, welcher durch die Gußmaschine transportiert
wird, vorsichtig und gleichförmig gekühlt we r d e η.D j e Küh1w i rkung von unter Druck aufgesprühtem Kühlwasser ist vergleichbar bar mit dem Aufsprühen eines Gas/Flüssigkeitsgemi schs Luft/
Wasser in Längsrichtung des Stranges (Fig.6a)und in Bezug au die Querrichtung des Stranges (Fig.6b). Sowohl in Längs- als auch in Querrichtung wird eine wirkungsvolle Kühlung mit einem Gas/Flüssigkeitsgemi sch erzielt, die zu einer gleichförmigen Temperaturvertei1ung auf der St rangoberfJäche führt.
Bei der Erfindung wird die Kühlung mit einem Gas/Flüssigkeitsgemisch wenigstens in einer Kühlzone durchgeführt.

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Die Figur 7 zeigt die Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit (Ausziehen) eines Stranges mit 2 50 mn Dicke und der
Dürchschnittstemperatur im Quer sehni11 des Strangs. Aus der
Figur ist zu ersehen, daß der Strang bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 1,1 m/min, bevorzugt mit wenigstens 1,5 m/min, von der Ausziehmaschine wegtransportiert
wird, so daß der Strang bzw. die Bramme direkt zur Warmwalzstraße geführt werden kann, wobei die für das Warmwalzen er-

wünschte Durchschnittstemperatür von 1100 C im Strangquerschnitt beibehalten wird.

Bei dem schematisch in der Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bogenstranggußmaschine mit geringer Bauhöhe
beträgt die Anlagenhöhe 3,2 m. Das■Aus führungsbeispie1 der
Figur 8 besitzt eine gebogene Kokille 1, ein Ro1ienvorwerk 2 aus acht angetriebenen oder frei drehbaren Rollenpaaren, die geringe Abstände voneinander aufweisen und zur Stützung und
Führung eines gebogenen Stranges 3 dienen. Dieser gebogene
Strang 3 wird von der gebogenen Kokille 1 weggezogen und besitzt zunächst einen Kr üinmungs r ad i us von 3 m. An das Rollenvorwerk 2 schließen sich 18 Rollenbereiche an, von denen der erste RoI 1 cnber e ich eine Geradebiegezone Ί.ιτιίΐ neun Rollen
ist. Mit der ersten der neuen Rollen beginnt das Geradebiegen des Stranges, der zunächst einen Radius von R aufweist

i
Das Geradebiegen beginnt in dem Teil des Stranges, in weichern

ein Erstarrungsverhältnis von 55 % oder weniger vorhanden ist. In der ersten Geradebiegezone 4 wird der Strang an neun Stellen C bis C , welche sich vergrößernde

1-9
KrümnungsradLen von R bis R aufweisen, geradegebogen.

2 10
Der teilweise geradegebogene Strang wird dann durch einen

zweiten Geradebiegebereich 5 geschickt, in welchem der Strang an mehreren Stellen, und zwar an den Stellen C bis C

10 18 geradegebogen wird, an denen sich vergrößernde Kr ürrmungsr a-

dien von R bis R vorhanden sind. An der Biegestelle 11 19 .

C ist das Geradebiegen des Stranges beendet, und an die-

ser Stelle ist ein unendlich großer Krümmungsradius vorhanden. Der geradegebogene Strang wird dann in eine horizontal verlaufende Rollenzone eingebracht. Diese besteht aus Auszieheinheiten bzw. Ausrichteinheiten 6 bis 20, wobei die Einheiten 9 bis 12 und 17 sowie 18 der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Der Strang wird an einer Sehneids tation 29 in bestimmte Längen geschnitten und auf einen Rolltisch 25 als heiße Produkte mit holier Qualität verbracht. In der Figur 8 ist ferner eine Gießpfanne 26 dargestellt. Der warme gebogene Strang 3, welcher die Kokille 1 verläßt, ist ein allmählich erstarrender Stahlstrang einer.Stah 1schme 1 ze, wobei dieser Strang durch Kühlzonen gelangt. In der Figur 8 ist mit 27 der Gießspiegel der Schmelze in der Kokille dargestellt. Die Stelle, an der die Erstarrung des Stan 1stranges beendet ist, ist mit 28 bezeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen noch erläutert unter Beschreibung von Beispielen und Verg1eichsversuchen-Die weitere Beschreibung dient zur Erläuterung der Erfindung.

Eine Bramme aus beruhigtem AJ-Si-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und mit 250 mn Dicke sowie 1000 mn Breite wird fortlaufend stranggegossen mit einer Bogenstranggußmaschine einer Schrne 1 zenhöhe von 3,2 rn. Der Kr ümnungsr ad i u s der Biegung des ersten Bogens (wird bestinrnt durch die gebogene Kokille) beträgt 3 m. Die übrigen Parameter'beim Stranggießen sind die folgenden:

(1) Anzahl der Geradebiegestellen: IS

(2) Rollenabstand: 196-302 rrm

(3) Rollendurchmesser: 140-230 inm (¹I) Rollenart: Segment ro 1 1 en

(5) Kühlsystem: Die Bramme, weiciie nach der Kokille trans

portiert wird, wird in einem Bereich innerhalb der ersten 7 in mit einer Gas/Flüssigkeit smi schung- besprüht.

(6) Gießgeschwindigkeit: V = 2 m/min max.

_ 31 _

Wenn die Durchschnittsgeschwindigkeit (Abziehgeschwindigkeit) 1,7 m/min beträgt, erzielt man eine Bramme mit guter Qualität, die eine Durchschnittstemperatur im Brammen-

querschnitt von 1200 C am Ende der Stranggußmaschine aufweist. Die Branrne wird direkt in die Warmwalzstraße ο line zusätzliche Erwärmung eingebracht. In der Warrnwa J z-st ralJe wird ein warmes Band mit einer Dicke von 2,3 trrn hergestellt, das

ο
das Endwalzwerk mit 890 C verläßt. Man erhält auf diese

Weise eine warme Bandspule mit guter Qualität.

Der Abstand-^ zwischen dem Gießspiegel in der Kokille und

der letzten Biegestelle beträgt 9 m und die Gesamtlänge^*

0 der Maschine beträgt .50,4 in. -€η χ 100 = 17,9 %.

Eine Brarrrne mit 250 mm Dicke und 1000 rrrn Breite wird stranggegossen mit einer Bogenstranggußmaschine in einer Höhe von 3,2 m. Der Krümmungsradius des ersten Bogens beträgt 3 m. Die anderen Parameter beim Stranggießen sind folgende:

(1) Gießgeschwindigkeit: V= 1,7 in/mi η

(2) Aufsprühgeschwindigkeit des Wassers: 0,8 l/kg

(3) Dicke d.er erstarrten Strangschale

(an den Geradebiegestellen): d 60 rrrn

# m

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(k ) Ro 1 Jendurchmesser der beim Geradebiegen verwendeten RoI Jen: 300 - 320· mn

(5) RoI Jenabstand: 200 - 400 rnm

(6) Anzahl der Geradebiegeste 1J en: 18

Der Strang wurde nach Fehlern untersucht und die Ergebnisse sind folgende: ober f 1 ächenf eh J er 0,5 % und innere Risse 0

Eine typische Bogenstranggußmaschine besitzt eine Fußrollenzone in der gebogenen Kokille und einen Satz von Kl ernnr ο 1 i en in der Biegezone. Wenn die Rollen in Segmenten angeordnet sind, wie es im vorstehenden beschrieben ist, läßt sich das Auswechseln der Rollen leicht durchführen, und die Maschine kann auf verschiedene Größen zum Gießen der Stränge eingestellt we r d e η.

Der Abstand .£ zwischen dem Gießspiegel in der Kokille und der letzten Biegestelle beträgt 9 m und die Gesamtlänge-^ der Maschine beträgt 50,4 m. ^c^ χ 100.= 17,9 96.

Das Her s t e J J ungsver f ahr en nach t3 e i spiel 2 wird wiederholt unter Verwendung folgender Bedingungen:

(J) Gi eligeschwi ndigkei t: V = 0,7 - 0,5 m/min

«a c · ·» · · it ♦ ·

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(2) Aufsprühgeschwindigkeit des Wassers: ' 1,8 l/kg

(3) Dicke der erstarrten Strangschale

(an den Geradebiegestellen): d = 70 - 90 mn

Die Ergebnisse bei der Untersuchung der Fehlerstellen ergab folgendes: Oberf1ächenfeh 1 er 20 % und innere Risse 30 %.

Die Bogenst r anggußrnasch i ne nach der Erfindung besitzt folgende Vorteile: (1) Sie besitzt ein leichtes Gewicht und kann in einem niedrigen Bau installiert werden. Die Gestehungskosten der Maschine können um etwa 20 bis 30 % gegenüber herkömmlichen Maschinen verringert werden. (2) Es läßt sich ein Stranggußverfahren mit hoher Gießgeschwindigkeit (1,7 - 2,0 m/min) durchführen. Hierdurch erzielt man einen hohen Wirkungsgrad bei der Strangherstellung. (3) Da das gesamte Stranggußverfahren bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, kann der hergestellte Strang unmittelbar in die Warmwalzstraße eingebracht werden, ohne daß eine Wiedererwärmung durchgeführt werden muß. Hierdurch werden in erheblichem Umfang Energiekosten eingespart etwa in der Größenordnung von 100 000 bis 200 000 Kcal/ton. (4) Wegen der niedrigen Bauhöhe besitzt die Maschine eine nur kurze Bogenstrecke. Dies ermöglicht, daß alle Rollen gleichzeitig ausgetauscht werden können. Auf diese Weise erzielt man eine einfache Instandhaltung der Maschine bei hoher

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Gebrauchsgüte der Maschine. (5) Die Maschine liefert einen Strang guter Qualität in die Warinwa 1 zs t r aße .

Claims (1)

1. Patentanwälte
   Stcinsdoifstr. 21-22 · D-8000 München 22 · Tel. 089/229441 · Telex: 05/22208

   10457 N'/Li

   NIPPON STHEL CORPORATION

   Patentansprüche:

   1. ßogensΐranggußmnschine mit geringer Bauhöhe, einer gebotenen Kokille, einem Bereich zum Stützen und Führen eines gebogenen Strangs, Kühlzonen, e i nerrr IYi egebere ich zum Geradebiegen vies gebogenen Strangs und einem horizontalen Transportb.er ρ ich'mit liollen für Jen Strang, dadurch g e k e η η ■ :-: e i c η π c t , Ja.'i die iiiogezone (^, 5), in welcher der
   ^'■ ' ='··"'ο _oc-r..'.iogebogen .vird, in eiiiein Bereich der .Maschine un-

   BADOWGtNAU

   2 -

   geordnet ist, der sich von 6 Vo bis 3 5 ',o der Gesamt J üngs ausdehnung der Maschine erstreckt.

   2. Imogens t r anggußmasch i ne nach Anspruch !,dadurch

   g e κ e η η ζ e i c h η e t , daß die Mühe der Schmelze (Adstand zwischen Gießspiegel in der Kokille und Unterseite des horizontal geführten Strangs) nicht mehr als 5,0 ι η beträgt.

   3. Bogcns t r anggußrnasch i ne nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die Biegezone (4, 5) mehrere Biegestellen (C bis C ) zürn Geradebiegen

   1 18 des gebogenen Strangs (3) aufweist und daß die Anzahl dieser

   Biegestellen 5 oder mehr beträgt.

   'f. Bogens t r anggußmasch i ne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stütz- und Führungsbereicn (2) und/oder die Biegezone (4, 5) nahe aneinander angeordnete Rollen aufweist.von denen wenigstens eine aus zwei oder mehr Segmenten beste

   5. ßogenstranggußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch g e k e η η ζ e i c h η c t , daß wenigstens eine Jer :-'ühlzonen Mittel zu:η Kühlen des gebogenen Strangs (3) mit einer -jui gesprühten Ga s -r ! üs s i ^kc i t smi s chung aufweist.

   m m . «ft «I (I I

   ■ ♦ · · · · · ti

   6. ßogens t r ang^ußmasclii ne nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mit te J zum V/'egz Jenen des gebogenen Strangs (3) aus der Stütz- und Führungszone (2) und/oder der Biegezone (4, j) mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 1,1 m/;ni η vorgesehen sind.