DE69303309T2

DE69303309T2 - Verfahren zum Stranggiessen

Info

Publication number: DE69303309T2
Application number: DE69303309T
Authority: DE
Inventors: Manfred Wolf
Original assignee: Clecim SAS
Current assignee: Clecim SAS
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: ATE139717T1; EP0564316B1; FR2689045A1; DE69303309T3; JPH067911A; EP0564316B2; EP0564316A1; FR2689045B1; DE69303309D1

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren zum Stranggießen von Flüssigmetall bzw. einer Metalischmelze zum Gegenstand, das insbesondere gestattet, die Gießgeschwindigkeit zu ändern, und zwar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der auf der EP-A-0 325 931 basiert.
Die Technik des Stranggießens eines eisenhaltigen Metalls, um ein Produkt wie einen Barren, einen Block oder eine Bramme zu erhalten, ist bekannt und wird seit langem eingesetzt. Im allgemeinen umfaßt eine Stranggußanlage eine Kokille oder Dauerform, die aus einer Form ohne Boden besteht, die einen an seinen beiden Enden offenen Hohlraum begrenzt und deren Wände wirksam gekühlt werden, so daß das in die obere Öffnung der Form gegossene Flüssigmetall entlang der gekühlten Wände eine erstarrte Kruste bzw. einen erstarrten Randbereich bildet, die bei der unteren Öffnung dick genug ist, um den ununterbrochenen Austritt eines Produkts zu gestatten, das von der erstarrten Kruste begrenzt ist und dessen flüssig gebliebener mittlerer Teil in einer sekundären Kühlvorrichtung zunehmend erstarrt, die sich unter der Kokille befindet und in der sich außerdem Mittel zum Abziehen befinden, z.B. drehgetriebene Rollen, die gestatten, das Produkt mit einer einstellbaren Geschwindigkeit nach unten zu ziehen, die von den Gießbedingungen abhängt.
Im allgemeinen weist die Kokille eine im wesentlichen vertikale Achse auf und die sekundäre Kühlvorrichtung, die ein Führungskorsett bzw. eine Führungsmanschette bildet, ist gekrümmt, so daß das vertikal gegossene Produkt in die Horizontale überführt wird, was den Abtransport des Produkts und sein Schneiden in Stücke einer bestimmten Länge erleichtert. Im allgemeinen weist die Achse der Kokille eine Krümmung auf, die der des Führungskorsetts bzw. der Führungsmanschette entspricht, um die Richtungsänderung des Produkts zu erleichtern.
Es ist notig, ein Haften des Metalls an den gekühlten Wänden der Kokille zu vermeiden, das Risse der festen Kruste bzw. des festen Randbereichs und Brüche verursachen könnte.
Deshalb wurde vom Beginn der Entwicklung der Technik des Stranggießens an vorgeschlagen, die Kokille parallel zu ihrer geraden oder gekrümmten Achse schwingen zu lassen. Zu diesem Zweck werden verschiedene wohlbekannte Vorrichtungen verwendet. Im allgemeinen ist die Kokille lösbar an einem Tisch befestigt, der geführt und in Schwingbewegungen versetzt wird, z.B. mittels Hebeln, die mit einem Schwingungssystem verbunden sind. Dieses letztere kann beispielsweise ein Exzentersystem sein, das der Kokille eine sinusförmige Bewegung verleiht. In jüngerer Zeit werden jedoch weitere Schwingungssysteme, z.B. mit hydraulischem Antrieb, vorgeschlagen, die viel größere Möglichkeiten für die Einstellung der Schwingungsbewegung bieten und beispielsweise gestatten, Geschwindigkeitsdiagramme vom Rechtecktyp, sägezahnförmige oder andere, zu verwirklichen.
Um das Hängenbleiben der erstarrten Kruste an den gekühlten Wänden zu vermeiden, ist es jedoch auch nötig, diese mit Hilfe eines Mittels zu schmieren, das geeignet ist, zwischen die Kruste und die Wand zu treten, um das Gleiten zu unterstützen und die Oberflächenqualität zu verbessern.
Seit einiger Zeit werden als Gleitmittel Produkte in Pulverform verwendet, die auf die vom Flüssigmetall am oberen Teil der Kokille gebildeten Kuppe geschüttet werden und im Kontakt mit dem Metall schmelzen. Es ist vorteilhaft, Mittel zu verwenden, die neben ihrem Schmiervermögen die Funktionen einer Schlacke erfüllen, wie die Absorption von Einschlüssen.
Die Flüssigschlacke, die so im Kontakt mit der Metallkuppe gebildet wird, fließt längs der gekühlten Wände der Kokille hinab, wobei sie einen Film mit geringer Dicke zwischen der Wand und der erstarrten Kruste bildet.
Dieses Hinabfließen der Schlacke längs der Wände wird durch die zyklische Schwingungsbewegung der Kokille gefördert, die in jedem Zyklus eine Absenkphase für die Kokille und eine Anhebephase in dem Mittel entgegengesetzter Richtung, das weiter hinabfließt Seit langem ist bekannt, daß es nötig ist, die Schwingungsbewegung der Kokille so einzustellen, daß diese am Ende des Absenkens eine größere Geschwindigkeit als die Geschwindig keit des Abziehens des Produkts erreicht, was gestattet, während einer gewissen Zeit, die "negative Stripzeit" oder auch "Vernarbungszeit (temps de cicatrisation)" genannt wird, eine negative Gleitwirkung zu erzeugen. Tatsächlich wurde beobachtet, daß die zwischen die gekühlten Wände und die erstarrte Kruste getretene Flüssigschlacke während der Dauer des negativen Gleitens komprimiert wird, sich dann entspannt, was die Infiltration des Gleitmittels fördert.
Daraus folgt jedoch die Bildung von Runzeln und Schwingungs narben auf den Seiten des gegossenen Produkts, deren Tiefe von der Natur bzw. Beschaffenheit des Metalls bzw. der Metallsorte, aber auch von den Gießbedingungen und insbesondere vom Hub und der Frequenz der Schwingungen sowie der Dauer des negativen Gleitens abhängt.
Andererseits hängt die Qualität der Schmierung auch von der Beschaffenheit der Schlacke, insbesondere ihrer Viskosität, den Maßen des gegossenen Produkts und der Abziehgeschwindigkeit ab.
Um die Qualität der Oberfläche des gegossenen Produkts zu verbessern, versucht man, die Tiefe der Schwingungsrunzeln soweit wie möglich zu minimieren und dafür kann man auf eine große Anzahl von Parametern einwirken, die insbesondere von der Metallsorte und den Gießbedingungen abhängen.
Es wird jedoch zugegeben, daß im wesentlichen die Vernarbungszeit verringert werden muß, und in dieser Absicht werden gewöhnlich genügend hohe Frequenzen verbunden mit einem verringerten Hub eingesetzt, was darüber hinaus gestattet, die Trägheitskräfte und die Risiken der Erschütterungen des Schwingungsmechanismus zu minimieren. So wird jedoch die Infiltration des Gleitmitteis vermindert, was die Gefahr des Hängenbleibens erhöht.
Für jede Metallsorte ist es möglich, wenigstens empirisch die Beschaffenheit der Schlacke zu bestimmen, insbesondere ihre Viskosität und den optimalen Verbrauch, der für eine gewöhnliche Abziehgeschwindigkeit und bis zur gewünschten maximalen Geschwindigkeit gestattet, eine gute Schmierung der Kokille sicherzustellen.
Die Geschwindigkeit des Abziehens des Produkts kann jedoch nicht konstant, sogar nicht auf einen engen Bereich begrenzt gehalten werden. Tatsächlich hängt diese Geschwindigkeit bereits vom Querschnitt des Produkts ab, wobei die Produkte mit geringem Querschnitt, wie Barren, bei Geschwindigkeiten gegossen werden, die höher als die Gießgeschwindigkeit von bestimmten Produkten mit größeren Abmessungen, wie Blöcken und Brammen, sind, wobei das Verhältnis die Größenordnung des Doppelten oder Dreifachen haben kann.
Andererseits kann bei modernen Anlagen für ein und dasselbe Produkt veranlaßt worden sein, die Abziehgeschwindigkeit sich weitreichend verändern zu lassen. Es ist beispielsweise bekannt, daß das Flüssigmetall vom Schmelzbetrieb den Pfannen zugeführt wird, die abwechselnd über der Anlage angeordnet werden, wobei die leere Pfanne durch eine volle Pfanne ersetzt wird. Um eine Unterbrechung des Gießens während der Zeit des Ersetzens einer Pfanne zu vermeiden, wird der Stahl nicht direkt in die Kokille sondern in einen Zwischenbehälter geschüttet, der als Puffer dient und außerdem den Stahl auf mehrere benachbarte Linien verteilen kann. Aber das Ersetzen einer leeren Pfanne durch eine volle Pfanne kann sich mit einer Verzögerung vollziehen, die die Kapa zitäten des Zwischenbehälters übersteigt, und in diesem Fall ist es notig, die Menge des in die Kokille gegossenen Metalls und daher die Abziehgeschwindigkeit zu verringern.
Wenn man aber die Abziehgeschwindigkeit ändert, muß jedoch eine gute Schmierung der Wände aufrechterhalten und ein optimaler Vernarbungsbetrag beibehalten werden. Dafür ist es möglich, auf die Amplitude und/oder die Frequenz der Schwingungen in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit einzuwirken. Bei herkömmlichen Maschinen, bei denen die Schwingungen von einem Exzenter erzeugt werden, ist es jedoch im allgemeinen schwierig, die Amplitude der Schwingungen einzustellen, und auf jeden Fall kann diese Einstellung nur beim Anhalten der Maschine stattfinden. In der Praxis wurde jedoch bis heute gewöhnlich nur auf die Frequenz der Schwingungen eingewirkt, um die Geschwindigkeit der Kokille an die Gießgeschwindigkeit anzupassen.
Oft ist die Frequenz einfach eine lineare Funktion der Gießgeschwindigkeit. In der beigefügten Fig. 1a sind beispielsweise Änderungen der Frequenz als Funktion der Gießgeschwindigkeit dargestellt, die gestatten, für jede Geschwindigkeit die Frequenz zu bestimmen, die den Schwingungen verliehen werden soll, wobei der Schwingungshub über den gesamtem Einstellbereich der Geschwindigkeit konstant gehalten wird. Bei dem dargestellten Beispiel, das einem herkömmlichen Fall entspricht, beträgt der konstante Schwingungshub 6,5 Millimeter und die Frequenz ist mit der Geschwindigkeit durch die Relation f = 100 Vc linear verbunden.
Wenn die mittlere Geschwindigkeit der Kokille während eines Zyklus Vm = 2 hf ist, hat das Abzugsverhältnis, das gewöhnlich "N S R" genannt wird und das gleich Vm/Vc = 2 hf/Vc ist, also bei einem Hub von 6,5 Millimetern einen Wert von 1,3, was einem in der Industrie oft angetroffenen Fall entspricht.
Andererseits ist bekannt, daß bei einer sinusförmigen Bewegung der Kokille die Vernarbungszeit oder die negative Stripzeit ist:
Fig. 1b ist ein Diagramm, das die Änderungen der Vernarbungszeit tN als Funktion der gegebenen Werte der Gießgeschwindigkeit und unter Berücksichtigung der entsprechenden Frequenz zeigt, die in Fig. 1a angegeben ist. Es ist zu sehen, daß bei relativ hohen Gießgeschwindigkeiten über 1 Meter/Minute, die Vernarbungszeit gering genug ist, um 0,1 Sekunde, was gestattet, die Tiefe der Runzeln der Schwingung zu minimieren, insbesondere für die Stahlarten, die durch ein "ferritisches Potential" in der Größenordnung von 1 gekennzeichnet sind und zu tiefen Runzeln neigen mit dem Risiko der Bildung von quer verlaufenden Rissen als Folge.
Es ist jedoch zu sehen, daß die niedrigen Werte tN hohen Frequenzen entsprechen, was die Gefahr des Hängenbleibens durch Verringerung der Infiltration des Gleitmittels mit wachsender Tendenz zum Hängenbleiben bei hohen Gießgeschwindigkeiten erhöht. Es ist daher nötig, die Viskosität der Schlacke der Gießgeschwindigkeit anzupassen.
Bei dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Beispiel verwendet man so vorteilhaft ein Pulver, das durch Schmelzen einer Schlacke gebildet wird, dessen Viskosität η&sub1; bei 1300º = 1,5 Poise ist.
Wie es im Diagramm angegeben ist, können so bei guten Bedingungen Produkte mit ausreichend geringen Abmessungen gegossen werden, z.B. Barren mit einem Querschnitt von 150 x 150 Millimeter mit Geschwindigkeiten, die zwischen 1,2 und 1,8 m/min variieren können.
Dagegen muß bei niedrigeren Geschwindigkeiten ein anderes Pulver verwendet werden, das gestattet, bei 13000 zum Beispiel eine Schlacke mit einer Viskosität η'&sub1; = 6,0 Poise zu erreichen. So können Produkte mit relativ großen Abmessungen, z.B. Blöcke mit einem Querschnitt von 240 x 240 mm bei Geschwindigkeiten gegossen werden, die von 0,4 bis 0,8 m/min gehen können. Es ist im Diagramm jedoch zu sehen, daß die Stripzeit dann von 0,25 bis etwa 0,5 s variieren kann.
Ein solches Ergebnis ist daher nicht völlig zufriedenstellend und wurde doch erhalten, indem man die Qualität der Schlacke für zwei Geschwindigkeitsbereiche variieren ließ, die außerdem ziemlich begrenzt sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, solchen Nachteilen dank eines neuen Stranggußverfahrens abzuhelfen, das gestattet, die Gießgeschwindigkeit über einen viel größeren Bereich mit derselben Schlacke variieren zu lassen.
Erfindungsgemäß wird zuerst die Beschaffenheit des Gleitmittels und seine optimale Verbrauchsmenge in Abhängigkeit von der Metallsorte und den üblichen Gießbedingungen bestimmt, und ohne Veränderung der Beschaffenheit des Gleitmittels wird die Gießgeschwindigkeit Vc über einen großen Bereich eingestellt, um sich an bestimmte Gießbedingungen anzupassen, indem auf den Hub und auf die Frequenz der Schwingungen gemeinsam in Abhängigkeit von der gewählten Geschwindigkeit derart eingewirkt wird, daß für jede Gießgeschwindigkeit Vc die Verbrauchsmenge Q des Gleitmittels und die Vernarbungszeit tN sich jeweils nicht wesentlich von einem optimalen Wert entfernen, der über den gesamten Einstellbereich der Geschwindigkeit gültig ist.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung werden der Hub und die Frequenz der Schwingungen auf zwei Geschwindigkeitsbereichen unterschiedlich eingestellt, die den gewünschten großen Einstellbereich abdecken, einem hohen Geschwindigkeitsbereich, der von der maximalen Gießgeschwindigkeit bis zu einer kritischen Geschwindigkeit V' heruntergeht und in dem der Schwingungshub konstant gehalten wird während die Schwingungsfrequenz eine wachsende Funktion der Gießgeschwindigkeit ist, bzw. einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich, die von der kritischen Geschwindigkeit bis zu einer minimalen Geschwindigkeit gehen und in dem die Schwingungsfrequenz im wesentlichen konstant gehalten wird, während der Schwingungshub eine inverse Funktion der Gießgeschwindigkeit ist, wobei die kritische Geschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, bis zu der man unter Beibehaltung der konstanten Frequenz und unter Erhaltung eines annehmbaren Gleitverhältnisses Vm/Vc heruntergehen kann, wobei Vc die Gießgeschwindigkeit in einem betrachteten Moment und Vm die mittlere Geschwindigkeit der Kokille während des diesem Moment entsprechenden Zyklus ist.
Vorzugsweise ist im niedrigen Geschwindigkeitsbereich die Amplitude der Schwingungen eine inverse lineare Funktion der Gießgeschwindigkeit und ist im hohen Geschwindigkeitsbereich die Frequenz der Schwingungen eine direkte lineare Funktion der Gießgeschwindigkeit.
Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung sind über einen Einstellbereich der Gießgeschwindigkeit Vc, der von etwa 0,3 m/min bis 7 m/min oder mehr gehen kann, der Hub und die Frequenz der Schwingungen mit der Beschaffenheit und der Verbrauchsmenge des Gleitmittels durch die Relation verbunden:
Q = A (h f Vc η)-m
wobei
Q die Verbrauchsmenge der Schlacke in kg pro m² Kokillenquerschnitt,
h der Schwingungshub in Metern,
f die Schwingungsfrequenz in Anzahl Zyklen pro Minute (cpm),
Vc die Gießgeschwindigkeit in m/min,
Vc die Gießgeschwindigkeit in m/min,
h die Viskosität der Schlacke in Poise bei etwa 1300ºC,
A eine Konstante,
m eine Zahl zwischen 0 und 1 ist.
Besonders vorteilhaft haben die Konstanten A und m der vorhergehenden Relation Werte in der Größenordnung von 0,5.
Nach einem weiteren Merkmal ist im niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Schwingungshub mit der Gießgeschwindigkeit Vc durch die Relation verbunden:
h = - D Vca + C
in der D, C und a konstante Werte sind, die von der Metallsorte und den Gießbedingungen abhängen.
Andererseits wird es bevorzugt, daß die Schwingungsfrequenz im hohen Geschwindigkeitsbereich in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit Vc derart eingestellt ist, daß sie immer über einer Mindestfrequenz f' = 680 Vc/2h bleibt.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Kokille in Schwingungen vom Dreieckstyp versetzt und die Vernarbungszeit tN wird über den gesamten Einstellbereich der Gießgeschwindigkeit bei einem konstanten optimalen Wert gehalten.
Vorzugsweise wird die Verbrauchsmenge des Gleitmittels über den gesamten Einstellbereich der Gießgeschwindigkeit auf einem im wesentlichen konstanten Wert in der Größenordnung von 0,3 kg pro m² Kokillenquerschnitt gehalten.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer Stranggußanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kokille mit Meßwertgebern für die Belastungskräfte verbunden, die ein Signal abgeben, das zur augenblicklichen Optimierung der Parameter in einer geschlossenen und selbstregulierenden Steuerschleife verwendet wird.
Die Erfindung wird aber durch die folgende Beschreibung eines praktischen Beispiels besser verstanden, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Fig. 1a und 1b sind, wie bereits angegeben, Diagramme, die Beispiele des herkömmlichen Gießens darstellen und in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit in Fig. 1a den Schwingungshub und die -frequenz bzw. in Fig. 1b die Vernarbungszeit sowie die Verbrauchsmenge der Schlacke angeben.
Fig. 2a und 2b sind Diagramme, die ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen und in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit in Fig. 2a die Werte des Schwingungshubes und der -frequenz bzw. in Fig. 2b die Werte der Vernarbungszeit und der Verbrauchsmenge der Schlacke angeben.
Nach der Auswertung einer großen Zahl von industriellen Auswertungen kann eine angenäherte und empirische Funktion zwischen dem Verbrauch Q des Gleitmittels, in kg pro m² Querschnitt, und den wesentlichen Parametern des Gießens ausgedrückt, festgesetzt werden, wobei diese Funktion die Form hat:
Q = A (h f Vc η)-m
wobei h der Schwingungshub in Metern, f die Frequenz in Zyklen pro Minute, Vc die Gießgeschwindigkeit in Metern pro Minute und Tl die Viskosität bei 1300ºC in Poise ist.
Die Temperatur von 1300ºC entspricht der charakteristischen Oberflächentemperatur von weichen Stählen, d.h. etwa 200ºC unterhalb des Solidus. Für mehr legierte Qualitäten ist eine Anpassung des Wertes der Viskosität auf eine niedrigere charak teristische Temperatur nötig.
Diese Funktion ist im wesentlichen empirisch, aber es wurde festgestellt, daß sie sich in der Praxis auf die nachfolgenden Bereiche der verschiedenen Parameter anwenden läßt:
- h zwischen 0,002 und 0,020 m
- f zwischen 20 und 400 cpm und vorzugsweise 25 bis 200 cpm
- Vc zwischen 0,3 und 7,0 m/min
- η zwischen 0,1 und 20 Poise.
In den mehr herkömmlichen Fällen haben die Konstanten A und m die Größenordnung von 0,5.
In Fig. 1b, die, wie zu sehen war, herkömmlichen Beispielen des Gießens mit konstantem Hub und lineare Erhöhung der Frequenz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit entspricht, wurden einerseits die Änderung der negativen Stripzeit tN und andererseits die Werte der Verbrauchsmenge Q für zwei eingesetzte Schlackensorten angegeben, die eine Viskosität von 1,5 Poise für die relativ hohen Geschwindigkeiten, die dem Gießen von Barren mit Abmessungen von 150 x 150 Millimetern entsprechen, bzw. eine Viskosität von 6 Poise für die relativ niedrigen Geschwindigkeiten aufweisen, die dem Gießen von Blöcken mit Abmessungen von 240 x 240 Millimetern entsprechen.
Es wird festgestellt, daß für das Gießen von Barren bei Geschwindigkeiten, die von 1,2 bis 1,8 m/min gehen, die negative Stripzeit zwischen 0,1 und 0,2 s bleibt und der Schlackenverbrauch zwischen 0,4 und 0,3 kg/m² variiert.
Nun konnte aber beobachtet werden, daß der optimale Wert für den Schlackepulververbrauch in der Größenordnung von 0,3 kg/m² liegt, wobei die optimale Vernarbungszeit für Stahlqualitäten, die ein "ferritisches Potential" in der Größenordnung von 1 haben, 0,1 s ist.
Folglich kann bei Produkten mit kleinen Querschnitten und hohen Gießgeschwindigkeiten die Oberflächenqualität befriedigend aufrechterhalten werden, wobei die Stripzeit und der Schlackenverbrauch nahe bei den optimalen Werten liegen.
Dagegen ist zu sehen, daß sogar bei Verwendung einer Schlacke mit hoher Viskosität, beispielsweise in der Größenordnung von 6 Poise, die Vernarbungszeit und der Schlackenverbrauch sich stärker ändern uns sich wesentlich von den optimalen Werten für niedrige Geschwindigkeiten entfernen. Es wird daher riskiert, daß trotz der Verwendung eines Schlackepulvers mit hoher Viskosität bei niedrigen Geschwindigkeiten eine sehr zweifelhafte Oberflächenqualität erhalten wird.
Dagegen wird zu sehen sein, daß das erfindungsgemäße Verfahren einer Stranggußanlage eine sehr große Flexibilität des Betriebs verleiht, weil es gestattet, sogar bei niedrigen Geschwindigkeiten die Gießgeschwindigkeit über einen großen Bereich ohne Änderung der Beschaffenheit des Gleitmittels und unter Erhaltung einer Vernarbungszeit und eines Verbrauchs dieses Mittels nahe bei den optimalen Werten einzustellen.
In Fig. 2a sind Änderungen des Schwingungshubs h und der Schwingungsfrequenz f in Abhängigkeit von der gewählten Gießgeschwindigkeit dargestellt, wobei diese im dargestellten Beispiel zwischen 0,3 und 2 m/min variieren kann.
Es wurde im dargestellten Beispiel eine Schlacke mit einer Viskosität von η&sub2; = 3,5 Poise ausgewählt.
In einem hohen Geschwindigkeitsbereich wird wie vorher der Schwingungshub bei einem konstanten Wert, z.B. 4 mm, gehalten. Dagegen wird die Frequenz linear in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gemäß der Relation f = 70 Vc + 30 geändert.
Bei einem solchen Schwingungshub führt dieses Gesetz der Fre quenzänderung bei einer maximalen Gießgeschwindigkeit von 2 m/min zu einem Gleitverhältnis "N S R" = 0,68, das gestattet, den negativen Abzug sicherzustellen, der für eine gute Wirkung des Gleitmittels nötig ist, wobei diese Wirkung beispielsweise mittels Meßfühlern überwacht werden kann, die die auf die Kokil le angewendeten Belastungskräfte angeben, z.B. Schnellwagen oder Kontrollmaße.
Wie es in Fig. 2a angegeben ist, ist die Schwingungsfrequenz eine direkte Funktion der Geschwindigkeit und wächst daher mit dieser, aber bei dem gewählten Änderungsgesetz bleibt die Frequenz immer größer als der Wert, der zu einem Mindestverhältnis "N S R" von 0,68 führt, wobei die die Änderungen der Frequenz f darstellende Gerade über der Geraden f' liegt, die mit Punkten dargestellt ist und der Gleichung f = 680 Vc/2h entspricht.
Im allgemeinen kann die Schwingungsfrequenz über einen großen Bereich eingestellt werden, der zum Beispiel von 20 bis 400 Zyklen pro Minute geht. Dennoch ist es bevorzugt, 200 cpm nicht zu überschreiten, um die Langlebigkeit des Schwingungssystems zu fördern.
Gemäß einem der Merkmale der Erfindung kann die Gießgeschwindigkeit unter Erhaltung eines konstanten Schwingungshubes und unter Verringerung der Frequenz proportional zur Geschwindigkeit über den gesamten hohen Geschwindigkeitsbereich verringert werden, der von der Höchstgeschwindigkeit bis zu einer kritischen Geschwindigkeit V' geht, die die Geschwindigkeit ist, bis zu der unter Aufrechterhaltung des konstanten Schwingungshubs und Erhaltung eines Gleitverhältnisses "N S R" = Vm/Vc heruntergegangen werden kann, das annehmbar und im dargestellten Fall 0,68 ist, wobei die kritische Geschwindigkeit V' die Größenordnung von 1 m/min hat.
Wenn man dagegen in einen Geschwindigkeitsbereich heruntergehen will, der niedriger als die kritische Geschwindigkeit V' ist, wird dann die Schwingungsfrequenz bei einem konstanten Wert gehalten, der der kritischen Geschwindigkeit V' entspricht und die Größenordnung von 100 Zyklen pro Minuten hat, und es wird der Schwingungshub h gemäß einer inversen linearen Funktion der Geschwindigkeit eingestellt, was bedeutet, daß der Schwingungshub h proportional zur Abnahme der Gießgeschwindigkeit Vc zunimmt.
Vorzugsweise ist der Schwingungshub h im niedrigen Bereich mit der Gießgeschwindigkeit Vc durch eine Relation der Form verbunden:
h = ± D Vca + C
in der D, C und a konstante Werte sind, die von der Metallsorte und den Gießbedingungen abhängen.
Im in Fig. 2a dargestellten Fall ist zu sehen, daß h eine lineare Funktion von Vc ist, wobei a folglich gleich list.
So konnten unter Verwendung ein und derselben Schlacke mit einer Viskosität von 3,5 Poise Produkte mit verschiedenen Querschnitten und in zwei Geschwindigkeitsbereichen gegossen werden, Barren mit einem Querschnitt von 150 x 150 Millimetern auf einem Geschwindigkeitsbereich, der von 1,2 bis 1,8 m/min geht, bzw. Blöcke mit einem Querschnitt 240 x 240 Millimetern auf einem Geschwindigkeitsbereich, der von 0,4 bis 0,8 m/min geht.
So können die von der Erfindung in bezug auf ein in den Fig. la und 1b dargestelltes herkömmliches Beispiel gebrachten Vorteile verglichen werden.
Es wurde bereits angegeben, daß ein wesentlicher Vorteil im Einsatz ein und derselben Schlacke mit mittlerer Viskosität liegt, während im vorhergehenden Fall eine Schlacke mit geringer Viskosität für die Barren und eine Schlacke mit starker Viskosität für die Blöcke eingesetzt wurde. Dieser Vorteil ist besonders wichtig, wenn gewünscht wird, den Querschnitt des gegossenen Produkts während des Gießens zu variieren, wobei ein Wechsel der Schlakke dann sehr schwierig ist.
Andererseits wurde in Fig. 2b die Kurve angegeben, die Änderungen der Vernarbungszeit tN darstellt, und es ist zu sehen, daß diese über den gesamten hohen Geschwindigkeitsbereich unter dem optimalen Wert von 0,1 s bleibt und daß, wenn sie für die niedrigen Geschwindigkeiten höhere Werte erreicht, diese Werte jedoch in der Größenordnung von 0,25 s bleiben, was sehr annehmbar und gut unterhalb der in Fig. 1b beobachteten Vernarbungszeit ist.
Aber in Fig. 2b, die auch die Kurven zeigt, die den Verbrauch der Schlacke Q darstellen, ist außerdem zu sehen, daß in den beiden Fällen die Kurven im wesentlichen horizontal sind und daß der Verbrauch Q sich über den gesamten Geschwindigkeitsbereich auf einem Wert hält, der praktisch konstant ist und die Größenordnung des optimalen Verbrauchs von 0,3 kg pro m² hat. Diese Möglichkeit des Aufrechterhaltens des Verbrauchs ist ebenfalls ein wichtiger Vorteil der Erfindung.
Es ist daher zu sehen, daß die Erfindung ohne Änderung der Beschaffenheit der Schlacke gestattet, die Geschwindigkeit über einen sehr großen Bereich variieren zu lassen, ganz unter Aufrechterhaltung der negativen Stripzeit und des Schlackenverbrauchs bei Werten nahe ihres optimalen Wertes, was gestattet, eine ausgezeichnete Oberflächenqualität sicherzustellen.
Um erfindungsgemäß die Einstellung des Schwingungshubs in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit auszuführen, ist es vorteilhaft, die Schwingungen der Kokille mittels eines hydraulischen Antriebssystems zu steuern, das beispielsweise in dem französischen Patent 86.03282, die am 7. März 1986 von derselben Gesellschaft eingereicht wurde, oder auch in der Druckschrift EP-A-0 325.931 beschrieben wurde. Ein solches System gestattet tatsächlich eine sehr leichte Ausführung Änderung des Hubs während des Gießens.
Andererseits entspricht die Kurve tN, die vorher angegeben und in Fig. 2b dargestellt ist, dem herkömmlichen Fall von sinusförmigen Schwingungen, aber ein hydraulisches Steuersystem für die Schwingungen gestattet, die Gestalt der Diagramme der Geschwindigkeitsänderung zu Ändern und Rechteck- oder Dreieckschwingungen auszuführen.
In diesem Fall kann die Vernarbungszeit über den gesamten Einstellbereich der Geschwindigkeit auf einen konstanten Wert t'N gleich dem optimalen Wert von 0,1/s eingestellt werden, wie es in Fig. 2b dargestellt ist.
Es ist zu sehen, daß dieser Vorteil im Fall von niedrigen Geschwindigkeiten besonders deutlich ist, da er ja gestattet, die Vernarbungszeit noch bis zum optimalen Wert zu verringern. Der Einsatz von Dreieckschwingungen ist jedoch auch im Falle hoher Geschwindigkeiten interessant. Tatsächlich kann im dargestellten Beispiel, in dem für die kritische Geschwindigkeit V' = 1 m/min von einer Schwingungsfrequenz von 100 cpm weggegangen wird, die einer Gesamtdauer des Zyklus von 0,6 s entspricht, die Steigzeit der Kokille, die gleich tP = tc - tN ist, und die für die kritische Geschwindigkeit von 1 m/min 0,5 s ist, in Abhängigkeit von der Erhöhung der Geschwindigkeit und der gleichzeitigen Erhöhung der Frequenz gemäß dem Gesetz F = 70 Vc + 30 allmählich verringert werden, da ja tN gleich dem optimalen Wert von 0,1 s bleibt.
Auf dem hohen Geschwindigkeitsbereich kann so die Steigzeit der Kokille in bezug auf das Produkt von 0,5 auf 0,25 s heruntergehen, wenn die Gießgeschwindigkeit von 1 auf 2 m/min geht.
Es ist zu sehen, daß die Schwingungsparameter vollkommen an die Erfordernisse der Oberflächenqualität angepaßt werden können und diese Vorgehensweise verringert die Vibrationen und erhöht die Langlebigkeit des Schwingungssystems.
Die Erfindung läßt sich daher im allgemeinen auf jede Stranggußanlage anwenden, die eine Einstellung des Schwingungshubs während des Gießens gestattet, und sie ist im Falle von Dreieckschwingungen besonders interessant, die gestatten, eine konstante und optimale Vernarbungszeit zu verwirklichen.
Eine solche Gußanlage ist vorzugsweise mit Meßwertgebern ausge stattet, die gestatten, die auf die Kokille angewandten Belastungskräfte zu messen, und deren Signal zur augenblicklichen Optimierung der Parameter in einer geschlossenen und selbstregulierenden Steuerschleife verwendet werden kann.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht nur auf das einzige Ausführungsbeispiel beschränkt, das vorstehend ausführlich beschrieben ist, und es ist möglich, gemäß der Stahlsorte und den Gießbedingungen unter Verwendung einer Schlacke mit unterschiedlicher Viskosität weitere Bereiche der Gießgeschwindigkeit abzudecken.
Außerdem wurde das Gießen von Barren für den hohen Geschwindigkeitsbereich und von Blöcken für den niedrigen Geschwindigkeitsbereich vorgesehen, aber die Prinzipien der Erfindung sind auf alle Produktquerschnitte anwendbar, z.B. auf das Gießen von Brammen, deren Querschnitt man während des Gießens variieren lassen kann.
Die Bezugszeichen, die hinter den in den Ansprüchen genannten technischen Merkmalen eingefügt sind, haben als einziges Ziel, das Verständnis dieser letzteren zu erleichtern, und schränken keinesfalls den Umfang ein.

Claims

1. Verfahren zum Stranggiessen von Flüssigmetall in einer aus einer bodenlosen Form mit gekühlten Wänden und einer im wesentlichen senkrechten Achse bestehenden Kokille, die zur Herstellung von einem aus der Form mit einer Giessgeschwindigkeit (Vc) austretenden Erzeugnis über einen Hub (h) parallel zur Achse bei einer Frequenz (f) in Schwingungen versetzt wird, wobei das Metall in der Kokille durch ein bei dessen Kontakt schmelzbares Produkt zur Bildung einer als Gleitmittel der Wände eingesetzten Flüssigschlacke bedeckt ist und wobei die Schwingungen der Kokille derart eingestellt sind dass in jedem Schwingungszyklus mit einer Dauer (tc) die Geschwindigkeit der Kokille nach unten grösser als die Giessgeschwindigkeit (Vc) während einer negativen Stripzeit (tN) ist und die Giessgeschwindigkeit (Vc) zwecks Anpassung an die Giessbedingungen änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Gleitmittelart und deren optimale Verbrauchsmenge entsprechend der Metallsorte und den normalen Giessbedingungen bestimmt wird und dass ohne Änderung der Gleitmittelart die Giessgeschwindigkeit (Vc) über einen grossen Bereich zwecks Anpassung an festgesetzte Giessbedingungen unter konjugierter Einwirkung auf den Hub und die Schwingungsfrequenz entsprechend der gewählten Giessgeschwindigkeit derart eingestellt wird, dass für jede Giessgeschwindigkeit (Vc) die Verbrauchsmenge (Q) des Gleitmittels und die negative Stripzeit (tN) jeweils um einen optimalen, über den gesamten Regelbereich der Geschwindigkeit gültigen Wert nicht wesentlich abweichen.

2. Stranggiessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub und die Schwingungsfreguenz über zwei den gewünschten breiten Regelbereich abdeckende Frequenzbereiche unterschiedlich eingestelltt werden, und zwar je einen hohen Geschwindigkeitsbereich, der von der maximalen Geschwindigkeit nach unten bis zu einer kritischen Geschwindigkeit (V') reicht und in welchem der Schwingungshub konstant ist, während die Schwingungsfrequenz eine steigende Funktion der Giessgeschwindigkeit ist, und einem niedrigen,von der kritischen Geschwindigkeit bis zu einer minimalen Geschwindigkeit sich erstreckenden Geschwindigkeitsbereich mit einer im wesentlichen konstanten Schwingungsfrequenz, während der Schwingungs ausschlag eine abnehmende Funktion der Giessgeschwindigkeit is wobei die kritische Geschwindigkeit jene Geschwindgkeit ist, bis zu der die Giessgeschwindigkeit unter Konstanthaltung der Schwingungsamplitude und unter Beibehaltung eines annehmbaren Gleitverhältnisses (Vm/Vc) abgesenkt werden kann, und wobei (Vc) die Giessgeschwindigkeit in einem gegebenen Moment und (Vm) die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kokille in dem diesem Moment entsprechenden Zyklus ist.

3. Stranggiessverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Schwingungshuß eine lineare Umkehrfunktion der Giessgeschwindigkeit ist.

4. Stranggiessverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass in dem hohen Geschwindigkeitsbereich die Schwingungsfrequenz eine lineare direkte Funktion der Giessgeschwindigkeit ist.

5. Stranggiessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem von ca. 0,3 m/min bis 7 m/min oder mehr sich erstreckenden Regelbereich der Giessgeschwindigkeit (Vc), der Hub und die Schwingungsfrequenz mit der Art und der Verbrauchsmenge des Gleitmittels durch die Relation verbunden sind:

Q = (A) (h. f. Vc. η) m wobei

Q die Verbrauchsmenge der Schlacke in kg pro m2 Kokillenquerschnitt,

h der Schwingungshub in Meter

f die Schwingungsfrequenz in Anzahl Zyklen pro Minute (cpm)

Vc die Giessgeschwindigkeit in m/min

η die Schlackenviskosität in Poise bei 1300º C

A eine Konstante

m eine Zahl zwischen 0 und 1 ist.

6. Stranggiessverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass (A) und (m) Werte in der Grössenordnung von 0,5 äufweisen.

7. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Schwingungshub (h) mit der Giessgeschwindigkeit (Vc) durch die Relation verbunden ist:

(h) = ± D . (Vc) a + c

wobei (D), (C) und (a) von der Metallsorte und den Giessbedingungen abhängige Konstantwerte sind.

8. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohen Geschwindigkeits bereich die Schwingungsfrequenz entsprechend der Giessgeschwindigkeit Vc so eingestellt ist, dass sie stets grösser als eine Mindestfrequenz f' = 680 (Vc/2h) ist.

9. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille in trigonale Schwingungen versetzt wird und dass die negative Stripzeit tN über den gesamten Giessgeschwindigkeit-Einstellbereich auf einem optimalen Konstantwert gehalten wird.

10. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitmittel-verbrauchsmenge über den gesamten Einstellbereich der Giessgeschwindigkeit Vc auf einer im wesentlichen Konstantgeschwindigkeit von 0,3 kg pro m2 Kokillenquerschnitt gehalten wird.

11. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsfrequenz 20 bis 400 Zyklen pro Minute erreichen kann.

12. Stranggiessverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsfrequenz 200 Zyklen pro Minute nicht übersteigt.

13. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Stahlsorten mit einem Ferritpotential von 1 die negative Stripzeit über den gesamten Geschwindigkeitseinstellbereich bei einem im wesentliöhen konstanten Wert von 0,1 sek. gehalten wird.

14. Stranggiessverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokille Messwertgeber zugeordnet sind, die ein zur sorfortigen Optimierung der Parameter, in einer selbstregulierenden geschlossenen Steuerungsschleife zur Anwendung kommendes Signal senden.