DE4238674C2

DE4238674C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Stahl

Info

Publication number: DE4238674C2
Application number: DE19924238674
Authority: DE
Inventors: Dietrich Sporn
Original assignee: Concast Standard AG
Current assignee: Concast Standard AG
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2012-11-18
Also published as: CH684936A5; DE4238674A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggiessen von Stahl mit einem Solidus-Liquidus-In tervall grösser als 55°C gemäss dem Oberbegriff von Pa tentanspruch 1.

Beim Stranggiessen von Stahl in eine Durchlaufkokille er starrt eine Strangkruste, die in einer der Kokille nachfol genden Sprüh- oder Sekundärkühlung weiter gekühlt wird. An schliessend an die Sekundärkühlung wird der Strang durch Umgebungsluft bis auf Raumtemperatur weiter gekühlt oder nach einem Temperaturausgleich und/oder einer Nacherwär mung einem Walzwerk zugeführt. Bei Stählen mit höheren Kohlenstoffgehalten ab ca. 0,45% steigt das Solidus-Liqui dus-Intervall stark an. Beträgt dieses Intervall 55°C und mehr, so treten beim Stranggiessen, insbesondere beim Stranggiessen in Strangquerschnitte kleiner als 300 mm × 300 mm, unerwünschte Kohlenstoffseigerungen und Porositä ten (Kernlunker) entlang der Mittelachse des Stranges auf. Solche unerwünschte Seigerungen führen nach dem Auswalzen zu Gefügefehlern, wie Martensitinseln, grobkörnigen Karbi den oder zu Korngrenzenzementit. Bei Stählen für die Her stellung von Kugellagern und bei hochgekohlten Seildrahtgü ten werden solche Gefügefehler nicht toleriert. Kugellager stähle werden deshalb in der Regel in grössere Giessforma te gegossen und einem hohen Verformungsgrad unterworfen, sowie, wenn notwendig, durch entsprechende Diffusionsglüh ungen homogenisiert.

Aus JP-OS 1-178 356 ist ein Verfahren zum Stranggiessen mit reduzierter Zentrumsseigerung bekannt. Es wird eine Ueberhitzungstemperatur des Stahles von 50-100°C vorge schlagen. Die Ausziehgeschwindigkeit soll etwa 0,4 m/Min. betragen und der Strang soll im Bereich der Sumpfspitze einer geringen Verwalzung unterzogen werden. Dieses Verfah ren bedingt teure Stranggiessanlagen und ist im weiteren wegen der niedrigen Strangausziehgeschwindigkeit nur für grosse Strangquerschnitte anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stähle mit einem Solidus-Liquidus-Intervall grösser als 55°C in Strang querschnitte kleiner als 300 mm × 300 mm zu giessen und dabei Seigerungen, insbesondere Kohlenstoffseigerungen, Hohlstellen und/oder Innenrisse im Zentrumsbereich des Stranges zu vermeiden. Das Stranggussmaterial soll nach dem Auswalzen keine durch Kohlenstoffseigerungen bedingte Gefügefehler wie Martensitinseln, grobkörnige Karbide oder Korngrenzenzementit aufweisen, die die Eigenschaften wäh rend der nachfolgenden Verarbeitungsschritte bzw. des fertigen Produktes negativ beeinflussen. Auch sollen kost spielige Korrekturmassnahmen wie mechanische Verformung der Sumpfspitze, Diffusionsglühungen des Stranges etc. vermieden werden.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, Stäh le mit hohen C-Gehalten wie Kugellagerstahl etc., in Knüp pelquerschnitte zu giessen und die Erstarrungsverhältnisse im Zentrum des Stranges wirksam zu beeinflussen. Die gleichzeitig genau definierten und kontrollierten Abküh lungsgeschwindigkeiten an der Strangoberfläche und im Strangzentrum ermöglichen es, Innenrisse und Seigerungen zu vermeiden und eine verbesserte Stahlqualität zu errei chen, die den Ansprüchen für die Kugellagerherstellung und zum Ziehen von hochgekohlten Drahtgüten (z. B. Seildraht, vorgespannter Betonstahldraht, Reifeneinlegedraht etc.) genügen.

Je nach der Grösse des Strangquerschnittes wird die Länge der aktiven Sekundärkühlzone und die Kühlintensität be stimmt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorteil haft, wenn die Giessparameter derart aufeinander abge stimmt werden, dass der Liquidustemperaturpunkt im Zentrum des Stranges nach dem Ende der Sprühkühlung in einem Strec kenbereich liegt, in welchem sich die Oberfläche des Stran ges bei Luftkühlung wiedererwärmt. Zusätzliche Vorteile können erreicht werden, wenn der Liquidustemperaturpunkt mit der maximalen Wiedererwärmung der Oberflächentempera tur bei Luftkühlung zusammenfällt oder wenn die Oberflä chentemperaturkurve wieder abzufallen beginnt.

Ein zusätzlicher positiver Kombinationseffekt kann er reicht werden, wenn in oder anschliessend an die Kokille und/oder im Bereich zwischen dem Liquidus- und dem Solidus temperaturpunkt der flüssige Sumpf im Strang elektromagne tisch gerührt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch die Summe der Merkmale gemäss Anspruch 5 aus.

Ein rasches Erfassen von Aenderungen der Giessparameter, insbesondere Aenderungen der Temperatur und der Stahlzusam mensetzung im Zwischengefäss bei Pfannenwechsel während des Sequenzgiessens sind von besonderem Interesse. Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird empfohlen, dass jede Tempe ratur- und Analysenveränderung des Stahles im Zwischen gefäss dem Rechner zugeführt wird und dieser die erforder lichen Giessparameter errechnet und anzeigt bzw. einstellt.

Im nachfolgenden sollen das Verfahren und die Vorrichtung anhand von Beispielen weiter erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild der Strangtemperatur in Abhän gigkeit der gegossenen Stranglänge und

Fig. 2 ein Schema für die Rechnersteuerung

Im Schaubild in Fig. 1 ist auf der Vertikalen die Strang temperatur in °C im Zentrum und an der Oberfläche und horizontal die Länge des gegossenen Stranges in m aufgetra gen. Am linken Bildrand ist die Badspiegeltemperatur 9 und am rechten Bildrand die Ausfördertemperatur 18 des Stran ges aufgetragen. Die obere Kurve 10 stellt die Tmperatur entlang der Zentrumslinie und die untere Kurve 11 diejeni ge entlang der Oberfläche des gegossenen Stranges dar.

In einem ersten Bereich 2 ist die Abkühlung innerhalb der Kokille, in den Bereichen 3-6 in den verschiedenen Zonen der Sekundärkühlung dargestellt. Im Bereich 7 ist eine trockene Kühlung durch die Umgebungsluft vorgesehen. Die Strangoberfläche erwärmt sich dabei bis zu einem Punkt 7' durch die aus dem Zentrum des Stranges nachfliessende Wärme. Im Bereich 8 sinkt die Temperatur der Strangoberflä che relativ langsam ab, wenn, wie im Beispiel, der Strang nur an der Luft weiter abkühlt. Je nach den gegebenen und gewählten Giessparametern kann es aber erforderlich sein, dass in den Bereichen 7 und 8 zur Steuerung der Lage des Punktes 7' mit der höchsten Wiedererwärmungstemperatur eine Sprühwasser-, Luftwasser- oder Luftzwangskühlung zuschaltbar ist.

Die obere Kurve 10 zeigt im wesentlichen drei Bereiche. In einem Bereich 12 liegt die Temperatur im Zentrum des Stran ges oberhalb Liquidus. 13 zeigt den Liquidustemperatur punkt. Im Bereich 14 liegt die Temperatur zwischen dem Liquidus- und dem Solidustemperaturpunkt, der mit 15 be zeichnet ist. Im Bereich 16 ist der Strang auch im Zentrum durcherstarrt.

Bei Beginn des Stranggiessens oder bei einem Pfannenwech sel bei Sequenzguss sind Stahlzusammensetzung und Ueberhit zungstemperatur im Zwischengefäss sowie Giessformat be kannt. Aus diesen Grunddaten kann ein Rechner die erforder liche Giessgeschwindigkeit, die Länge und Intensität der Sekundärkühlung bestimmen. Im weiteren wird örtlich die Kühlstrecke 14 festgelegt, die durch Liquidus- und Solidus temperaturpunkt 13 bzw. 15 begrenzt sind. Entlang dieser Kühlstrecke 14 wird durch exakte Steuerung der Strangküh lung das Verhältnis der Abkühlungsgeschwindigkeit der Oberflächentemperatur des Stranges zur Abkühlungsgeschwin digkeit der Kerntemperatur im Zentrum des Stranges gleich oder grösser als 0,4, vorzugsweise 0,45-0,5, gewählt.

Weil die Wärmeleitfähigkeit im gegossenen Stahl eine im vorgegebenen Temperaturbereich unveränderbare Grösse ist, muss durch eine Vielzahl von Modellrechnungen eine Wieder erwärmungstemperatur mit der entsprechend zugehörigen Abkühlungsgeschwindigkeit der Strangoberfläche gesucht werden, die im vorgegebenen Verhältnis der Abkühlungsge schwindigkeiten zwischen Strangoberfläche und Strangzen trum liegt.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch Einstellung der Giessparameter, insbesondere durch Einstel lung der Ueberhitzungstemperatur in Abhängigkeit des Soli dus-Liquidus-Intervalles, der Giessgeschwindigkeit und der Länge und Intensität der Sekundärkühlung, der Liquidustem peraturpunkt 13 nach dem Ende der Sprühkühlung in einen Streckenbereich gelegt werden kann, in welchem sich die Oberflächentemperatur des Stranges im Luftkühlungsbereich 7 wiedererwärmt hat. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Liquidustemperaturpunkt 13, wie im Schaubild, mit der Temperatur 7' in Übereinstimmung gebracht wird und ent lang der Kühlstrecke 14 allein durch Luftkühlung das erfin dungsgemässe Verhältnis von etwa 0,5 erreicht wird.

Beispiel

- Liquidustemperatur 13: 1450°C
- Solidustemperatur 15 1336°C
- dem Liquidustemperaturpunkt 13 zugeordnete Strangoberflächentemperatur 7' 1131°C
- dem Solidustemperaturpunkt 15 zugeordnete Strangoberflächentemperatur 17 1074°C
- Temperaturabfall auf der Kühlstrecke 14 an an der Strangoberfläche -57°C
- Temperaturabfall auf der Kühlstrecke 14 im Strangzentrum -114°C
- Verhältnis des Temperaturabfalles bzw. der Abkühlungsgeschwindigkeiten

Zur Unterstützung der Qualitätsverbesserung können alle am Anmeldetag bekannten elektromagnetischen Rührer in oder anschliessend an die Kokille und/oder auf der Kühlstrecke 14 angeordnet werden.

Ein Schema für die Rechnersteuerung ist aus Fig. 2 entnehm bar. Auf der linken Seite sind die Dateneingänge in den Rechner 20 und auf der rechten Seite die nachfolgend be zeichneten beeinflussbaren Giessparameter, die angezeigt bzw. von Hand oder automatisch eingestellt werden.

Das Giessformat 21, die Stahlanalyse 22 und die Stahltempe ratur 23 im Zwischengefäss werden automatisch oder von Hand eingegeben. Das Modell für die Abkühlungsberechnung 25 ist ein Softwarepaket mit allen physikalischen und anlagebedingten Parametern. Auf der rechten Seite sind folgende visuelle Anzeigen bzw. Steuerungen angeschlossen:

26 Giessgeschwindigkeit
27 Länge der Sekundärkühlung
28 Intensität der Sekundärkühlung
30 Lage des Liquidustemperaturpunktes
31 Lage des Solidustemperaturpunktes
32 Abkühlungsgeschwindigkeit der Strangoberfläche zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
33 Abkühlungsgeschwindigkeit im Strangzentrum zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
34 Verhältnis zwischen 32 und 33

Die Abkühlungsgeschwindigkeiten bzw. die Temperaturgradien ten an der Strangoberfläche und im Strangzentrum können mit vorhandenen Programmen für die Abkühlungsberechnung mit grosser Genauigkeit berechnet werden. Wenn erwünscht, können die gerechneten Parameter mit Messwerten der Strangoberflächentemperatur, etc. verglichen und wenn nötig korrigiert werden.

Claims

1. Verfahren zum Stranggießen von Stahl mit einem Solidus-Liquidus-Intervall größer als 55°C in Strangquerschnitte kleiner als 300 mm × 300 mm, wobei der Strang nach dem Austritt aus der Stranggießkokille in einer Sekundär kühlzone gekühlt und ausgefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Gießparameter, wie Überhitzungstemperatur, Gießgeschwindigkeit, Länge und Intensität der Sekundärkühlung, derart aufeinander abgestimmt werden, daß entlang einer Kühlstrecke (14), begrenzt einerseits durch den Liquidus- und andererseits durch den Solidustemperaturpunkt (13 bzw. 15) im Zentrum des Stranges, das Verhältnis zwischen der Abkühlungsge schwindigkeit der Oberflächentemperatur des Stranges und der Abküh lungsgeschwindigkeit der Kerntemperatur im Zentrum des Stranges gleich oder größer als 0,4 gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verhältnis zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit der Oberflä chentemperatur des Stranges und der Abkühlungsgeschwindigkeit der Kerntemperatur im Zentrum des Stranges 0,45 bis 0,5 gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießparameter derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Li quidustemperaturpunkt (13) im Zentrum des Stranges nach dem Ende der Sprühkühlung in einem Streckenbereich liegt, in welchem sich die Oberflä che des Stranges bei Luftkühlung wiedererwärmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießparameter derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Li quidustemperaturpunkt (13) im Zentrum des Stranges nach dem Ende der Sprühkühlung in einem Streckenbereich liegt, in welchem die Oberfläche des Stranges die maximale Wiedererwärmungstemperatur (7') bei Luftküh lung erreicht hat oder wieder abzufallen beginnt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in oder anschließend an die Kokille und/oder im Bereich zwischen dem Liquidus- und Solidustemperaturpunkt der flüssige Sumpf im Strang elek tromagnetisch gerührt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren und Eingabestellen für die Gießparameter mit einem Rech ner (20) verbunden sind und das Rechenprogramm das Verhältnis der Ab kühlungsgeschwindigkeit zwischen der Strangoberfläche und dem Strang zentrum entlang der definierten Kühlstrecke (14) errechnet und anzeigt bzw. einstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Temperatur- und Analysenveränderung des Stahles im Zwischen gefäß dem Rechner (20) zugeführt wird und dieser die erforderlichen Gieß parameter (26 bis 34) errechnet und anzeigt bzw. einstellt.