DE69831730T2

DE69831730T2 - Verfahren zum Kühlen von Brammen mit Wasser

Info

Publication number: DE69831730T2
Application number: DE69831730T
Authority: DE
Inventors: Chikashi Chiyoda-ku Tada; Yuji Chiba-shi Miki
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: TW404868B; DE69831730D1; US6250370B1; ES2249813T3; KR19990087003A; BR9805030A; CN1283396C; JP3726506B2; CA2254654C; CN1237493A; JP2000042700A; CA2254654A1; EP0960670B1; EP0960670A1; KR100481571B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von Brammen mit Wasser, und, insbesondere, auf ein Verfahren zum Kühlen von Brammen durch Eintauchen in Wasser, während sie sich noch auf einer hohen Temperatur befinden, nach einem Stranggießen.
Ein Verfahren dieses Typs ist aus der JP-A-55147468 bekannt.
Ein Problem, das dann entsteht, wenn zugelassen wird, dass sich stranggegossene Stahlbrammen spontan abkühlen, ist dasjenige, dass sich Legierungselemente (wie beispielsweise Chrom) in dem Stahl mit Kohlenstoff verbinden, um Carbide zu bilden, die sich selektiv an Korngrenzen ablagern, um dadurch eine Schicht mit einem Mangel an Chrom in der Nähe von Ablagerungen zu bilden. Das Ergebnis eines Walzens solcher Brammen, die eine ungleichmäßige Zusammensetzung enthalten, insbesondere in dem Fall, bei dem einem Warmwalzen ein Kaltwalzen folgt, sind Oberflächendefekte, wie beispielsweise ein unregelmäßiger Glanz.
Zusätzlich werden stranggegossene Brammen zyklischen Oberflächenunregelmäßigkeiten (Oszillationsmarkierungen) aufgrund einer vertikalen Oszillation der Form unterworfen. Solche Oberflächenunregelmäßigkeiten besitzen Vertiefungen, in denen Nickel segregiert. Dies führt zu kornähnlichen Defekten nach einem Walzen und Beizen.
Um sich dem vorstehend angegebenen Problem zuzuwenden, hatten die vorliegenden Erfinder zuvor ein Verfahren zum Herstellen von Brammen aus rostfreiem Stahl (japanische Patentoffenlegung No. 87054/1994) und ein Verfahren zum Feinen von Brammen aus rostfreiem Stahl (japanische Patentoffenlegung No. 266416/1992) vorgeschlagen. Das Erstere ist durch Kühlen von gegossenen Brammen kontinuierlich unter einer Kühlrate, höher als vorgeschrieben, charakterisiert. Das Letztere ist durch Kühlen von gegossenen Brammen kontinuierlich (mit der Oberflächentemperatur höher als 400°C beibehalten), Durchführen eines Kugelstrahlens, Erwärmen auf 1100°C und darüber, und Entfernen von Zunder von den Brammen charakterisiert. Die vorliegenden Erfinder hatten auch eine Vorrichtung zum Kühlen von warmen Brammen in Wasser vorgeschlagen (japanische Patentoffenlegung No. 100609/1995).
Die Verfahren und Vorrichtungen, die vorstehend erwähnt sind, wurden allerdings dahingehend befunden, dass sie Oberflächendefekte hervorrufen (zum Beispiel einen ungleichmäßigen Glanz und Zunder), wenn sie bei der Herstellung von Blechen aus rostfreiem Stahl von stranggegossenen Brammen aus rostfreiem Stahl durch Warmwalzen und Kaltwalzen angewandt werden.
Untersuchungen wurden dahingehend durchgeführt, wie Oberflächendefekte an kaltgewalzten Stahlblechen, hergestellt durch Warmwalzen und Kaltwalzen aus stranggegossenen Brammen, die vor einem Wasserkühlen umgekehrt worden sind, auftreten. Die Ergebnisse ergaben, dass Oberflächendefekte nur an der Unterseite der umgedrehten Bramme auftreten. Ein wahrscheinlicher Grund hierfür ist derjenige, dass Oberflächendefekte auf Stahlblechen aufgrund eines Kühlens mit Wasser auftreten.
Die vorstehend erwähnten Erkenntnisse vermitteln, dass dann, wenn Brammen mit Wasser gekühlt werden, die Unterseite nicht ausreichend oder ungleichförmig gekühlt wird. Versuche wurden vorgenommen, um sich diesem Problem zuzuwenden. Ein erster ist vorgesehen, um das Kühlen der Unterseite zu verstärken und zu verbessern, wenn Brammen in Wasser entsprechend dem Verfahren, das in der vorstehend erwähnten JP-A-55147468 offenbart ist, gekühlt werden. Dieses Verfahren weist ein Eintauchen von heißen Brammen in ein Kühlmittel ein, während ein unter Druck gesetztes Gas von unterhalb zu der Unterseite der Bramme hin gespritzt wird, um dadurch ein Kühlen vorzunehmen. Dieses Verfahren ist ursprünglich dazu vorgesehen, Geräusch und ein Durchbiegen, was sich von dem Kühlen ergibt, zu verringern. Es wurde in einem tatsächlichen Test herausgefunden, dass dieses Verfahren in einem bestimmten Umfang effektiv ist, um Rauschen und ein Durchbiegen zu verringern, allerdings nicht dahingehend effektiv ist, Oberflächendefekte auf kaltgewalzten Stahlplatten zu verhindern.
Die DE-A-2349189 lehrt, warme Brammen in Wasser einzutauchen und eine Strömung von Wasser zumindest gegen die Unterseite der Bramme mittels eines Einspritzens von Wasser durch Röhren, die gedreht werden können, um den Winkel einer Wasserströmung einzustellen, zu bewirken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um sich diesen Problemen zuzuwenden, die niemals in der herkömmlichen Technologie erwartet worden sind. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kühlen von Brammen, so dass gekühlte Brammen hergestellt werden können, durch Kaltwalzen zu Stahlblechen, die ein Minimum an einer Teilglanzvariation und an Kruste haben, zu schaffen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Unteranspruch 2 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Kühlwasserbehälters darstellt, das ein Beispiel der vorliegenden Erfindung betrifft.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau der Wassereinspritzeinrichtung in dem Kühlwasserbehälter darstellt, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung betrifft.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau der Wassereinspritzeinrichtung in den Kühlwasserbehälter darstellt, die ein anderes Beispiel der vorliegenden Erfindung betrifft.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel von Brammen-Trägern in dem Kühlwasserbehälter der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht, die ein anderes Beispiel von Brammen-Trägern in dem Kühlwasserbehälter der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 zeigt eine grafische Darstellung, die zeigt, wie sich eine Bramme in der Ober- flächentemperatur ändert, wenn sie in Wasser eingetaucht wird und aus Wasser, während des Kühlens, herausgezogen wird.
7 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Position des typischen Querschnitts darstellt, an dem die Temperaturverteilung aufgrund einer Wärmeleitung berechnet ist.
8 zeigt ein Diagramm, das ein Verhältnis einer Durchbiegung einer Bramme definiert.
Zusätzliche Untersuchungen wurden darüber durchgeführt, wo Oberflächendefekte am häufigsten auf einer Bramme auftreten. Es wurde herausgefunden, dass überhaupt keine Defekte auf der Oberseite einer Bramme auftreten. Es wird vermutet, das Oberflächendefekte während entweder eines Stranggießens oder eines Wasserkühlens auftreten.
Die vorstehend angegebenen Erkenntnisse vermitteln, dass Oberflächendefekte aus einem unzureichenden Kühlen aufgrund einer nicht vollständigen Wärmeleitung von Brammen zu Wasser resultieren. Diese unvollständige Wärmeleitung tritt auf, da Dampf blasen und Dampffilme (aufgrund eines Kühlens) in Vertiefungen auf der Oberfläche der Brammen oder tiefen Oszillationsmarkierungen gehalten werden, und sie werden nicht durch die Rührwirkung des unter Druck gesetzten Gases, das eingespritzt wird, entfernt. Dabei ist auch ein Fall vorhanden, bei dem das eingespritzte Gas selbst unter Brammen verbleibt, um eine Wärmeleitung zu verhindern.
Die vorstehende Diskussion führt zu einer Idee, Kühlwasser zu der Unterseite der Brammen hin einzuspritzen, so dass Wasser in dem Kühlwasserbehälter fließt, um dadurch einen Dampffilm zu entfernen und die Unterseite der Brammen zwangszukühlen. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Idee.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Kühlen von Brammen mit Wasser durch Eintauchen davon in Wasser, wobei die Verbesserung ein Eintauchen jeder Bramme so, dass deren größere Flächen die Oberseite und die Unterseite sind und das Einspritzen von Wasser zu der Unterseite jeder Bramme hin erfolgt, so dass Wasser fließt, aufweist. Ein Einspritzen von Wasser wird unter einer Strömungsrate von 10–150 l/m²·min pro Einheitsbereich der Unterseite der Bramme ausgeführt. Allerdings sollte ein Einspritzen von Wasser senkrecht oder schräg zu der Unterseite der Bramme von einer Position 30–500 mm von der Unterseite der Bramme weg durchgeführt werden.
Das vorstehend erwähnte Verfahren wird bei einem Stranggießen von Brammen, enthaltend Cr mit 5–30 Gewichts-%, die besonders Oberflächendefekte unterworfen werden, angewandt. Diese Brammen werden so erwärmt, dass deren Oberflächentemperatur 500°C übersteigt, und werden gekühlt, so dass sich deren Oberflächentemperatur unterhalb von 400°C verringert, und zwar durch Eintauchen davon in Wasser mit dem vorstehend erwähnten Verfahren. Die Dauer eines Eintauchens in Wasser ist so, dass dann, wenn die Cr enthaltenden Brammen aus dem Wasser hochgezogen werden und zugelassen wird, dass sie stehen bleiben, die maximale Temperatur aufgrund einer Rückerwärmung nicht 400°C in der Oberflächenschicht innerhalb von 1 % der Dicke der Bramme übersteigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Kühlen mit Wasser von Cr-enthaltenden Brammen durch das vorstehend erwähnte Verfahren und darauffolgend Durchführen eines Strahlens an den Cr-enthaltenden Brammen, deren Durchbiegungsverhältnis kleiner als 3 mm/m ist, wobei das Durchbiegungsverhältnis als [Betrag einer Durchbiegung in der Bramme (mm)/Länge der Bramme (m)) definiert ist, auf.
Die vorliegende Erfindung wird bei Brammen oder Walzblöcken als Stahlvorräte, die zu Endprodukten durch Walzen und Schmieden weiterverarbeitet werden sollen, angewandt. Sie können eine Form haben, die ermöglicht, dass Dampffilme auf der Unterseite davon verbleiben. Konkreter gesagt können sie einen flachen, rechtwinkligen Parallelepiped annehmen.
Obwohl die vorliegende Erfindung direkt durch Defekte in rostfreiem Stahl motiviert wurde, die aus einer ungleichmäßigen Ablagerung von Carbiden und deren damit verbundenen, entchromten Schicht in stranggegossenen Brammen aus rostfreiem Stahl resultierten, kann sie bei vielen Arten von Stahl angewandt werden, falls Probleme, die die Qualität betreffen, auftreten, wenn die Unterseite der Bramme in Wasser ungleichmäßig oder unzureichend gekühlt wird. Es muss nicht gesagt werden, dass die vorliegende Erfindung bei Brammen angewandt werden kann, die durch einen Druckgießvorgang hergestellt sind, oder bei Brammen, die aus Ingotts durch Blockwalzen erhalten sind.
Die vorliegende Erfindung erfordert, dass die Brammen durch Eintauchen in Wasser gekühlt werden. Diese Art und Weise eines Kühlens mit einer großen Menge an Wasser ist viel effektiver als ein Kühlen durch Sprühen. Zusätzlich erfordert die vorliegende Erfindung, dass die Brammen in Wasser so eingetaucht werden, dass die größeren Flächen der Bramme die Oberseite und die Unterseite sind. Die größeren Flächen bedeutet solche Flächen, die die größten in dem Oberflächenbereich sind, unter den Flächen, die eine Bramme umgeben. Sie sind zwei sich gegenüberliegende Flächen über die Dicke der Bramme hinweg. Es ist leicht zu vermuten, dass es möglich sein würde, zu verhindern, dass ein Dampffilm auf der Unterseite einer Bramme verbleibt, wenn eine Bramme vertikal in Wasser eingetaucht wird. Wenn Brammen vertikal in Wasser eingetaucht werden, benötigt dies allerdings eine Vorrichtung, um Brammen aufrecht stehen zu lassen (was zu zusätzlichen Kosten führt), da es eine übliche Praxis ist, stranggegossene Brammen oder gewalzte Brammen nahezu horizontal zu befördern, wobei deren größere Flächen flach liegen.
Ein Positionieren von Brammen so, dass die größeren Flächen der Brammen die Oberseite und die Unterseite sind, bedeutet nicht notwendigerweise, dass die größeren Flächen der Bramme exakt senkrecht zu der vertikalen Richtung liegen. Ein Halten der Brammen leicht schräg ist erwünscht, um effizient Dampf von der Unterseite der Bramme im Hinblick auf den Gedanken der Erfindung herauszuspülen. Allerdings sollte der Neigungswinkel klein genug sein, dass Brammen passend durch einen Kran oder Zangenfedern gehandhabt werden kann.
Dasjenige, was das Wichtigste bei der vorliegenden Erfindung ist, ist dasjenige, dass Wasser zu der Unterseite der Bramme, eingetaucht in Wasser, in einer solchen Art und Weise gespritzt werden sollte, dass Wasser fließt. Ein Einspritzen ist so vorgesehen, um Gas-(Dampf)-Blasen und -Filme, die auf der Unterseite der Bramme verbleiben oder anhaften, mittels des Moments des eingespritzten Wassers abzuwaschen, um dadurch eine Wärmeleitung durch einen direkten Kontakt zwischen der Bramme und Wasser zu erzielen und gleichzeitig den Wärmeübertragungskoeffizient aufgrund einer Turbulenz zu erhöhen.
Es ist besonders wichtig anzumerken, dass eine Wasserkühlung nicht notwendigerweise gleichförmig stattfindet. Das bedeutet, dass gerade in dem Fall, bei dem kühlendes Wasser unter einer durchschnittlichen Strömungsrate hoch genug für die Oberfläche der Bramme, um eine Temperatur niedriger als 100°C beizubehalten, zugeführt wird, dabei solche Teile existieren, wo sich eine Wasserströmung lokal aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der Bramme verlangsamt. In diesen Teilen übersteigt die Oberflächentemperatur der Brammen 100°C, was bewirkt, dass Wasser siedet und Dampfblasen erzeugt.
Es ist wichtig, von diesem Gesichtspunkt aus gesehen, dass die Menge an Wasser, die eingespritzt werden soll, groß genug sein sollte, und Wasser sollte von der Position nahe zu der Unterseite der Bramme aus eingespritzt werden. Allerdings pendelt sich der Kühleffekt ein, wenn die Menge an Wasser, die eingespritzt werden soll, eine bestimmte Grenze übersteigt, da der Widerstand einer Wärmeübertragung innerhalb einer Bramme relativ größer als derjenige zwischen einer Bramme und Wasser wird (und demzufolge ist ein Kühlen durch eine Wärmeleitung und -übertragung innerhalb einer Bramme begrenzt).
Die Ergebnisse von Experimenten mit Brammen einer unterschiedlichen Größe ergaben, dass die Menge an Wasser zum Einspritzen 10–150 l/m²·min pro Einheitsflächenbereich der Unterseite der Bramme beträgt. Falls die Wassermenge geringer ist, als vorstehend spezifiziert, würde ein ungleichmäßiges Kühlen in stranggegossenen Brammen auftreten, die tiefe Oszillationsmarkierungen haben, oder in Brammen, denen eine Eben heit in den größeren Flächen fehlt. Falls die Wassermenge mehr beträgt, als dies vorstehend spezifiziert ist, erhöhen sich die Kosten für das Pumpen und die Verrohrung mit dem zusätzlichen Kühleffekt.
Die Richtung einer Wassereinspritzung liegt senkrecht oder schräg zu der Unterseite der Bramme, um so eine hohe Turbulenz auf der Unterseite der Bramme zu erzielen, um dadurch ein effektives Kühlen und ein Entfernen von Blasen zu erreichen.
Die Position eines Wassereinspritzens sollte ausreichend nahe zu der Unterseite der Bramme liegen, so dass sich das eingespritzte Wasser nicht in der Geschwindigkeit verringert, bevor es die Unterseite der Bramme erreicht. Je größer die lineare Geschwindigkeit des Wassers ist, desto besser ist der Effekt eines Wegwaschens von Blasen und eines Kühlens der Bramme. Falls der Abstand dazwischen zu gering ist, erhöht sich der Druckverlust von Wasser, das eingespritzt werden soll, da das eingespritzte Wasser von der Unterseite der Bramme weg gerichtet wird. Dies erhöht stark die Belastungen an der Pumpe und der Rohrleitung. Wie in dem Fall eines Erhöhens der Menge an Kühlwasser, pendelt sich der Effekt, erzeugt durch Verringern des Abstands, ein, da der Widerstand einer Wärmeübertragung innerhalb einer Bramme relativ größer als derjenige zwischen einer Bramme und Wasser wird (und demzufolge ist ein Kühlen durch eine Wärmeleitung und -übertragung innerhalb einer Bramme begrenzt). Unter Berücksichtigung dieser Faktoren beträgt der Abstand zwischen der Position eines Wassereinspritzens und der Unterseite der Bramme 30–500 mm. Mit einem Abstand geringer als 30 mm pendelt sich der Kühleffekt ein, während sich Belastungen an Einrichtungen nutzlos erhöhen. Andererseits verringert eine Erhöhung des Abstands zwischen der Position eines Wassereinspritzens und der Unterseite der Bramme die Strömungsrate des Wassers, das die Unterseite der Bramme erreicht, und erfordert einen tiefen Wasserbehälter (was zu hohen Installationskosten führt). Mit einem Abstand größer als 500 mm würde ein ungleichmäßiges Kühlen in stranggegossenen Brammen auftreten, die tiefe Oszillationsmarkierungen haben, oder in Brammen, denen es an einer Ebenheit in größeren Flächen mangelt.
Das vorstehend erwähnte Kühlverfahren wird bei Brammen, die Cr enthalten, in der Folgenden Art und Weise angewandt. Sie sind stranggegossene Brammen, die Cr mit 5-30 Gewichts-% enthalten, die Oberflächendefekten zum Zeitpunkt eines Walzens zu Stahlblechen unterworfen werden. Diese Oberflächendefekte entstehen aufgrund von Chromcarbiden, die sich während eines Kühlens niederschlagen. Die vorliegende Erfin dung kann bei Brammen, gebildet durch einen Stranggießprozess irgendeines Typs (einschließlich eines vertikalen Typs, eines vertikalen, gebogenen Typs, eines vollständig gebogenen Typs und eines horizontalen Typs), angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung erfordert, dass Cr-enthaltende Brammen eine Oberflächentemperatur höher als 500°C vor einem Kühlen mit Wasser haben sollten. Ein Nichterfüllen dieses Erfordernisses ermöglicht, dass sich Chromcarbid niederschlägt, um sichtbar auf der Oberfläche der Brammen zu verbleiben, und sie führen zu Oberflächendefekten auf gewalzten Blechen, sogar obwohl ein Kühlen mit Wasser gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, sollte der Vorgang, der nachfolgend erläutert wird, wie folgt sein.
Beim Stranggießen wird zuerst geschmolzener Stahl in eine offene Form mit interner Wasserkühlung eingegossen. Mit deren äußeren Schichten verfestigt wird der geschmolzene Stahl kontinuierlich durch eine Reihe von Führungsrollen herausgezogen, während er mit kaltem Wasser für eine vollständige Verfestigung besprüht wird. (Dieser Schritt wird als sekundäres Kühlen bezeichnet). Der sich ergebende, stranggegossene Block aus Stahl wird in eine Länge durch eine Flamme einer Sauerstoff-Gas-Mischung geschnitten. (Dieser Schritt wird als Brennschneiden bezeichnet). Die Art einer sekundären Kühlung beeinflußt die Oberflächentemperatur der Brammen nach einem Brennschneiden. Zusätzlich ändert ein natürliches Kühlen die Oberflächentemperatur der Brammen über die Zeit nach einem Brennschneiden. Deshalb ist es erwünscht, die Zustände eines sekundären Kühlens, die Gießrate und die Ablaufzeit von einem Brennschneiden bis zu einem Eintauchen in Wasser zu kontrollieren, so dass Brammen eine Oberflächentemperatur höher als 500°C vor einem Kühlen mit Wasser haben.
Brammen, deren Oberflächentemperatur höher als 500°C eingestellt ist, werden dann in Wasser eingetaucht und gekühlt, bis sich deren Oberflächentemperatur unterhalb von 400°C verringert, und zwar durch das Kühlverfahren, das in der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend erwähnt, spezifiziert ist. Ein Kühlen durch Eintauchen in Wasser verringert schnell die hohe Temperatur (oberhalb von 500°C, bei der sich Chromcarbid nicht auf der Oberfläche der Brammen niederschlägt) auf die niedrige Temperatur (unterhalb von 400°C, bei der sich Chromcarbid nicht an Korngrenzen niederschlägt). Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Niederschlag von Chromcarbid an Korngrenzen zu vermeiden. Dieses Kühlen kann in einem solchen Umfang vorgenommen werden, dass sich die Temperatur an dem Kern der Brammen unterhalb von 400°C verringert. Ein solches ausgedehntes Kühlen steht allerdings im Gegensatz zu der Produktivität.
Für eine verbesserte Produktivität ist es notwendig, die Dauer eines Eintauchens in Wasser zu verkürzen. Dies kann erreicht werden, wenn die Brammen aus dem Wasser in der Mitte des Eintauchens herausgenommen werden und dann einer Nachbehandlung unterworfen werden. Eine Bramme, die in Wasser gekühlt werden soll, besitzt gewöhnlich ein Temperaturprofil derart, dass die Oberfläche niedrig ist und die Innenseite hoch ist. Wenn einer Bramme, die ein solches Temperaturprofil besitzt, ermöglicht wird, in Luft zu stehen, entweicht Wärme spontan in die Luft, und gleichzeitig bewegt sich Wärme von der Innenseite unter hoher Temperatur zu der Oberfläche unter der niedrigen Temperatur. Als Folge steigt die Oberflächentemperatur der Brammen an, bis sie einen Spitzenwert erreicht, wonach sie langsam verringert wird. Dies ist das Phänomen einer Rückerwärmung. In dem Fall von Brammen, die Cr-enthalten (Cr 5-30 Gewichts-%), die während des Kühlens aus dem Wasser herausgenommen werden, ist es möglich, den Niederschlag von Chromcarbiden zu vermeiden, ohne dass die Spitzentemperatur (aufgrund einer Rückerwärmung) 400°C übersteigt.
Es wurde herausgefunden, dass Oberflächendefekte, die in gewalzten Blechen, hergestellt aus Cr-enthaltenden Brammen, auftreten, aus Niederschlägen oder einer abnormalen Struktur in der äußersten Schicht (innerhalb von 1 % der Dicke der Bramme) resultieren. Deshalb würde es, falls es möglich ist, einen Niederschlag von Chromcarbiden zumindest in diesem Bereich zu vermeiden, dann möglich sein, das Auftreten von Oberflächendefekten aufgrund eines Niederschlags von Chromcarbiden zu vermeiden. Basierend auf dieser Idee spezifiziert die vorliegende Erfindung den Kühlvorgang wie folgt. Das bedeutet, dass die Dauer eines Eintauchens in Wasser von Cr-enthaltenden Brammen (Cr 5-30 Gewichts-%) so sein sollte, dass dann, wenn die Brammen aus Wasser herausgenommen werden und ermöglicht wird, dass sie in Luft stehen, die maximale Temperatur aufgrund einer Rückerwärmung nicht 400°C in der Oberflächenschicht innerhalb von 1 % der Dicke der Bramme übersteigt. 6 stellt schematisch dar, wie die Dauer einer Kühlung mit Wasser die Oberflächentemperatur von Brammen aufgrund einer Rückerwärmung beeinflußt. Fall 1 stellt eine unzureichende Wasserkühlung dar, was zu einer Oberflächentemperatur (aufgrund einer Rückerwärmung) führt, die 400°C übersteigt. Fall 2 stellt eine ausreichende Wasserkühlung dar, was zu einer Oberflächentemperatur (aufgrund einer Rückerwärmung) niedriger als 400°C führt.
Die Temperaturverteilung in einer Bramme kann nicht einfach durch eine tatsächliche Messung erhalten werden; allerdings kann sie durch Berechnungen einer Wärmeübertragung abgeschätzt werden. Dreidimensionale Berechnungen sind ideal, allerdings sind zweidimensionale Berechnungen einfach und praktisch, die in Bezug auf eine Wärmeübertragung entlang des typischen Querschnitts an der Mitte in der Längsrichtung der Bramme durchgeführt werden, wie dies in 7 dargestellt ist. Dies kommt daher, dass eine maximale Temperatur aufgrund einer Rückerwärmung an der Mitte in der Längsrichtung der Bramme auftritt, wo nahezu keine Wärmeübertragung in der Längsrichtung vorhanden ist. Bei einer Berechnung wird für den Anfangszustand angenommen, dass die Bramme, vor einem Eintauchen in Wasser, eine interne Temperatur gleich zu einer Oberflächentemperatur besitzt. Die Grenzbedingungen für ein Eintauchen in Wasser wird aus dem Koeffizienten der Wärmeübertragung aufgrund einer erzwungenen Konvektion, die in Abhängigkeit von der Strömungsrate des Wassers variiert, abgeleitet. Für Berechnungen einer Wärmeübertragung nach einem Entfernen aus Wasser wird der Koeffizient der Wärmeübertragung aufgrund natürlicher Konvektionen in der Luft verwendet. Diese nummerischen Berechnungen ermöglichen, die Temperaturverteilung in der Bramme abzuschätzen, die sich während und nach einem Eintauchen in Wasser ändert. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Wärme-Historie in der Oberflächenschicht innerhalb von 1% der Dicke der Bramme abzuschätzen.
Diese Brammen, die durch Eintauchen in Wasser für eine vorbestimmte Zeitdauer gekühlt worden sind, sind immun hinsichtlich eines Niederschlags von Chromcarbiden unter der Oberflächenschicht. Mit anderen Worten sind sie frei von der entchromierten Phase, die für Oberflächendefekte verantwortlich ist. Demzufolge ergeben diese Brammen solche Stahlbleche, die sehr wenige Oberflächendefekte haben. Dies ist nicht der Fall, wenn die Brammen Nicht-Metall-Einschlüsse, eingeschlossen unter deren Oberflächenschicht, haben, oder Komponenten haben, die in Trögen bzw. Vertiefungen von Oszillationsmarkierungen segregiert sind.
Um diese Probleme zu vermeiden, fordert die vorliegende Erfindung, dass die wassergekühlten, Cr-enthaltenden Brammen einem Strahlen vor einem Erwärmen für ein Warmwalzen unterworfen werden. Die beste Art und Weise, um Einschlüsse und eine Se gregation in der Oberflächenschicht zu entfernen (die für Oberflächendefekte verantwortlich sind), ist diejenige, einen dicken Oxid-Zunder in der Erwärmungsstufe vor einem Warmwalzen zu bilden und diesen zusammen mit Einschlüssen, usw., zu entfernen. Dieser Vorgang ist allerdings nicht bei Cr-enthaltendem Stahl anwendbar, der einen dichten Chromoxidfilm auf der Oberfläche der Bramme bildet, um dadurch die Diffusion von Sauerstoff und die ausreichende Entwicklung eines Zunders zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung ist so ausgelegt, um zu ermöglichen, dass die Oberseite und die Unterseite einer Bramme gleichmäßig durch Einspritzen von Wasser zu der Unterseite einer Bramme hin, so dass Wasser fließt, wenn eine Bramme in Wasser für deren Kühlung eingetaucht wird, gekühlt wird. Allerdings findet eine exakt gleichmäßige Kühlung nicht statt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird evaluiert, wie gleichmäßig die Oberseite und die Unterseite einer Bramme gekühlt werden, und zwar im Hinblick auf das Verhältnis einer Durchbiegung, die nachfolgend definiert ist, wie dies in 8 dargestellt ist. Verhältnis einer Durchbiegung (h/L) = [Betrag einer Durchbiegung (mm)]/[Länge der Bramme (m)]
Es wurde herausgefunden, dass, falls das Verhältnis einer Durchbiegung der Bramme kleiner als 3 mm/m ist, dann im Wesentlichen keine Differenz in dem Betrag einer Spannung vorhanden ist, die durch Strahlen eingebracht wird zwischen der Oberseite und der Unterseite einer Bramme. Dies führt zu einer gleichmäßigen Entzunderung von der Oberseite und der Unterseite einer Bramme, bei deren Erwärmungs- oder Walzvorgang.
Dabei ist eine bevorzugte Art und Weise eines Strahlens durch Kugelstrahlen vorhanden (mit dem eine große Anzahl von sphärischen oder gleichmäßig geformten, harten Partikeln unter einer hohen Geschwindigkeit gegen ein Objekt, das behandelt werden soll, gerichtet wird), wie dies in der japanischen Patentoffenlegung No. 98346/1993 offenbart ist. Ein Kugel- bzw. Sandstrahlen ist auch anwendbar (was ähnlich zu einem Kugelstrahlen ist, wobei feste Teilchen durch annähernd sphärische Teilchen, erhalten durch Schneiden eines Drahts, ersetzt werden). Irgendwelche harten Teilchen sind ausreichend, ungeachtet deren Art und Form.
Das Kühlen der Brammen kann unter Verwendung des Kühlwasserbehälters ausgeführt werden, der nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert wird. Der Kühlwasserbehälter 1 ist so ausgelegt, um Brammen durch Eintauchen darin zu kühlen. Er weist eine Reihe von Trägern 2 und eine Reihe von Wassereinspritzeinrichtungen 3 auf. Die Träger 2 halten die Brammen horizontal. Die Wassereinspritzeinrichtungen 3 spritzen Wasser zu der Unterseite der Brammen 4, gehalten durch die Träger 2, ein. Dieser Kühlwasserbehälter sollte vorzugsweise eine offene Oberseite haben, durch die die Bramme hinein und herausgelangt, wie dies in der japanischen Patentoffenlegung No. 253807/1996 und 100609/1995 offenbart ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht, dass Brammen in Wasser eingetaucht werden, wenn sie von dem Stranggießwerk oder dem Blockwalzwerk geliefert werden, ohne die Notwendigkeit zur Änderung deren Haltung bzw. Ausrichtung. Mit Ausnahme hiervon ist das Kühlwassergefäß nicht spezifisch in dessen Aufbau eingeschränkt. Für eine gute Produktivität sollte der Behälter vorzugsweise groß genug sein, um eine Mehrzahl von Brammen zu einem Zeitpunkt aufzunehmen.
Die Träger 2 sind nicht besonders in deren Aufbau eingeschränkt, solange wie sie Brammen 4 horizontal tragen (mit deren größeren Flächen als Oberseite und Unterseite) und sie Brammen 4 so halten, dass deren Unterseiten einen bestimmten Abstand von dem Boden des Gefäßes weg liegen und dabei einen Raum für eine Wassereinspritzeinrichtung 3 vorhanden ist, die darin installiert werden soll, und auch ein Raum für eine Drainage vorhanden ist (für eingespritztes Wasser), die darin installiert werden soll. Zum Beispiel kann der Behälter 1 mit Schienen an seinem Boden versehen sein. Alternativ kann der Behälter 1 Stahlbänder 2d, die an seinem Boden angeschweißt sind (wie dies in 1 dargestellt ist), haben, oder kann Vorsprünge an seinem Boden haben. Eine andere Art und Weise, um die Brammen zu tragen, ist in den 4 und 5 dargestellt (wobei die Wassereinspritzeinrichtungen weggelassen sind). In 4 ist der Träger 2a an der Seitenwand 1a des Behälters befestigt. In 5 ist der Träger 2b von dem oberen Ende der Seitenwand 1a des Behälters aus aufgehängt.
Die Wassereinspritzeinrichtungen 3 sind so installiert, um Wasser zu der Unterseite der Bramme 4, gehalten durch den Brammen-Träger 2, in einer solchen Art und Weise einzuspritzen, dass Wasser fließt. Beispiele für die Wassereinspritzeinrichtung sind in den 2 und 3 dargestellt. Die Wassereinspritzeinrichtung 3 weist Düsen 3a (über die Wasser zu der Unterseite der Bramme 4 eingespritzt wird), Wasserzuführungsrohre 3b (über die Wasser zu den Düsen 3a zugeführt wird) und Rohrträger 3c (um die Wasserzuführungsrohre 3b zu halten) auf. Kühlwasser, zugeführt von dem Wasserzuführungsrohr 3b, wird zu der Unterseite der Bramme 4 hin eingespritzt. Die Einspritzdüse 3a ist nicht spezifisch in deren Aufbau eingeschränkt. Bevorzugte Beispiele umfassen untergetauchte Dü sen, Düsen vom Schlitz-Typ (die Wasser in einer flachen Form einspritzen), einfache Öffnungen in der Wand des Wasserzuführungsrohres, und Öffnungen in der Seitenwand des Wasserbehälters. Irgendwelche anderen Modifikationen sind denkbar. Das Wasserzuführungsrohr 3b ist durch den Rohrleitungsträger 2c gehalten
Die Richtung einer Wassereinspritzung kann entweder senkrecht oder schräg zu der Unterseite der Bramme sein. Das Letztere ist aufgrund des hohen Kühleffekts (aufgrund einer Turbulenz) und des Effekts einer Blasenentfernung bevorzugt. Ein senkrechtes Einspritzen ist in 2 dargestellt und ein schräges Einspritzen ist in 3 dargestellt.
Die Position einer Wassereinspritzung sollte 30–500 mm von der Unterseite der Bramme weg aus den Gründen, die vorstehend erwähnt sind, liegen. In dem Fall der 3 sollte der Abstand entlang der neutralen Achse der Wassereinspritzung gemessen werden.
Beispiel 1
Dieses Beispiel demonstriert den Effekt eines Kühlens mit Wasser in einem Wasserkühlbehälter (10 m lang, 10 m breit, Wasser mit einer Tiefe von 1,2 m enthaltend), schematisch dargestellt in den 1 und 2. In diesem Wasserkühlbehälter wurden zehn SUS304 Brammen aus rostfreiem Stahl auf einmal eingetaucht, die gerade stranggegossen worden sind und mit einem Brenner geschnitten worden sind. Jede Bramme war 200 mm dick, 9,0 m lang und 650–1600 mm breit, und besaß eine Oberflächentemperatur von 850°C. Die Brammen wurden so gehalten, dass deren größere Flächen ungefähr horizontal lagen. Während eines Eintauchens wurde Wasser von der Wassereinspritzeinrichtung 3 zu der Unterseite der Brammen hin so gespritzt, dass Wasser floss. Die Wassereinspritzeinrichtung 3 lag 130 mm von der Unterseite der Bramme weg und die Strömungsrate des eingespritzten Wassers betrug 50 L/m²·min. Dieser Wasserkühlbehälter ist groß genug, um eine Mehrzahl von Brammen aufzunehmen, und zwar unter Berücksichtigung der Kühlzeit und der Produktivität. Dabei besaß der Behälter eine Mehrzahl von Brammen-Trägern 2, die an seinem Boden angeschweißt waren. Jeder Brammen-Träger ist ein schmales Band aus einer 20 mm dicken Stahlplatte positioniert mit dessen Breite aufrecht. Dieser Brammen-Träger hält die Unterseite der Brammen 4 entfernt von dem Boden des Behälters.
Die Brammen wurden in Wasser eingetaucht, bis sich deren Mittentemperatur auf 400°C oder darunter verringerte, und wurden dann aus dem Behälter herausgezogen und in einem Brammen-Wärmeofen erwärmt. Die Brammen wurden einem Warmwalzen und einem Kaltwalzen unterworfen, um sie zu 1,0 mm dicken Platten aus rostfreiem Stahl umzuformen, die abschließend einer Endbearbeitung durch ein Glühen und Endglühen oder nur ein Endglühen unterworfen wurden. Das so erhaltende Blech aus rostfreiem Stahl wurde hinsichtlich des Oberflächenzustands geprüft. Es wurde herausgefunden, dass es frei von Krusten und von einem ungleichmäßigen Glanz auf beiden Seiten davon war.
Beispiel 2
Dieses Beispiel zeigt den Effekt einer Wasserkühlung unter Verwendung desselben Kühlwasserbehälters wie in Beispiel 1 (schematisch in den 1 und 2 dargestellt) und von SUS304 Brammen aus rostfreiem Stahl (200 mm dick, 9,0 m lang, und 650–1600 mm breit, mit einer Oberflächentemperatur von 850°C), die unmittelbar stranggegossen und mit einem Schneidbrenner geschnitten worden sind. Die Brammen wurden in Wasser eingetaucht, wobei deren größere Flächen horizontal gehalten wurden. Nach einem Eintauchen für 20 Minuten wurden die Brammen aus dem Wasser herausgezogen. Dabei wurde ein Wassereinspritzen in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Berechnungen einer zweidimensionalen Wärmeübertragung wurden durchgeführt, um so die Temperaturänderung vorherzusagen, die in der Oberflächenschicht innerhalb von 1 % der Dicke der Bramme auftreten würde, nachdem die Brammen aus dem Wasser herausgezogen worden sind. Es stellte sich heraus, dass die Dauer eines Eintauchens in Wasser nicht länger als 15 Minuten betragen sollte, falls die maximale Temperatur aufgrund einer Rückerwärmung 400°C oder darunter sein sollte. In diesem Beispiel wurde deshalb ein Eintauchen für 20 Minuten fortgeführt.
Nachdem die zehn Brammen aus dem Wasser herausgezogen waren, wurden sie einem Warmwalzen und einem Kaltwalzen unterworfen, um sie zu 1,0 mm dicken Platten aus rostfreiem Stahl umzuformen, die schließlich einer Endbearbeitung durch ein Blankglühen und ein Endglühen oder nur ein Endglühen unterworfen wurden. Das so erhaltene Blech aus rostfreiem Stahl wurde hinsichtlich des Oberflächenzustands geprüft. Es wurde herausgefunden, dass es frei von Ablagerungen und einem ungleichmäßigen Glanz auf beiden Seiten davon war.
Beispiel 3
Zwei Brammen aus rostfreiem Stahl wurden in derselben Art und Weise wie in Beispiel 2 gekühlt. Sie wurden einem Warmwalzen und einem Kaltwalzen unterworfen, um sie zu einem Blech aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,5 mm umzuformen, das schließlich einer Endbearbeitung durch ein Blankglühen und ein Endglühen oder nur ein Endglühen unterworfen wurde. Das so erhaltene Blech aus rostfreiem Stahl wurde hinsichtlich des Oberflächenzustands geprüft. Es wurde herausgefunden, dass es frei von einem ungleichmäßigen Glanz auf beiden Seiten davon war; allerdings wurde herausgefunden, dass es Ablagerungen besaß, wobei das Verhältnis eines Oberflächendefekts 0,2% betrug (was als [Länge eines defekten Teils in einem Wickel] dividiert durch [Gesamtlänge des Wickels] multipliziert mit 100% definiert ist).
Beispiel 4
Zwei Brammen aus rostfreiem Stahl wurden in derselben Art und Weise wie in Beispiel 2 gekühlt. Nach einem Kühlen wurde festgestellt, dass sie ein Durchbiegungsverhältnis von 0,2 mm/m besaßen. Sie wurden einem Kugelstrahlen auf sowohl der Oberseite als auch der Unterseite davon unterworfen, mit Teilchen mit einem Durchmesser von 1,5 mm und einer Anfangsgeschwindigkeit von 90 m/sec, und einer Strahldichte von 600 kg/m². Die behandelten Brammen wurden in einem Wärmeofen erwärmt und die erwärmten Brammen wurden einem Warmwalzen und einem Kaltwalzen unterworfen, um sie zu Blech aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,5 mm umzuwandeln, das schließlich einer Endbearbeitung durch Blankglühen und einem Endglühen oder nur einem Endglühen unterworfen wurden. Das so erhaltene Blech aus rostfreiem Stahl wurde hinsichtlich des Oberflächenzustands geprüft. Es wurde herausgefunden, dass es frei von Ablagerungen und einem ungleichmäßigen Glanz war.
Vergleichsbeispiel 1
Derselbe Vorgang wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein Wassereinspritzen durch ein Einspritzen von komprimierter Luft (mit 5 kgf/mm²) ersetzt wurde. Das erhaltene Blech aus rostfreiem Stahl wurde dahingehend befunden, dass es keine Ablagerungen und ungleichmäßigen Glanz auf der Oberfläche davon, was der Oberseite der Bramme entspricht, besaß, wogegen festgestellt wurde, dass es Ablagerungen und einen ungleichmäßigen Glanz auf der Oberfläche davon, die der Unterseite der Bramme entspricht, besaß. Das Verhältnis eines Oberflächendefekts (definiert wie vorstehend) betrug 1,8%.
Vergleichsbeispiel 2
Derselbe Vorgang wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein Einspritzen von Wasser weggelassen wurde. Das erhaltene Blech aus rostfreiem Stahl wurde dahingehend befunden, dass es keine Ablagerungen und ungleichmäßigen Glanz auf der Oberfläche davon, die der Oberseite der Bramme entspricht, besaß, wogegen festgestellt wurde, dass es Ablagerungen und ungleichmäßigen Glanz auf der Oberfläche davon, die der Unterseite der Bramme entspricht, besaß. Das Verhältnis eines Oberflächendefekts (definiert wie vorstehend) betrug 2,0%.
Effekt der Erfindung:
Wie detailliert vorstehend angegeben ist, ist die vorliegende Erfindung so vorgesehen, um ausreichend und gleichmäßig die Unterseite von stranggegossenen Brammen aus rostfreiem Stahl während deren Eintauchens in Wasser zu kühlen. Die gekühlten Brammen ergeben, nach einem Warmwalzen und Kaltwalzen, ein Blech aus rostfreiem Stahl mit einem Minimum an Oberflächendefekten. Die vorliegende Erfindung ist auch bei Stahlbrammen irgendeiner Art anwendbar, die Qualitätsprobleme dann verursachen würde, wenn deren Unterseite nicht ausreichend oder gleichförmig während des Eintauchens in Wasser gekühlt wird. Deshalb wird die vorliegende Erfindung der Industrie große Vorteile bringen.

Claims

Verfahren zum Kühlen von stranggegossenen Stahlbrammen, die 5 bis 30 Gew.-% Chrom enthalten und eine Oberflächentemperatur von 500°C oder darüber haben, durch Eintauchen der Brammen in Wasser, wobei ein Eintauchen so ausgeführt wird, dass die größeren Flächen der Bramme die Oberseite und die Unterseite davon bilden und das Eintauchen durch Wassereinspritzen zu der Unterseite der Bramme hin in einer solchen Weise vorgenommen wird, um einen Wasserfluss zu erreichen, – wobei das Eintauchen fortgeführt wird, bis sich die Oberflächentemperatur der Chrom enthaltenden Bramme auf 400°C oder darunter verringert, – wobei das Wassereinspritzen unter einer Strömungsrate von 10 bis 150 l/m²·min in Bezug auf die Unterseite der Bramme ausgeführt wird, – wobei das Wassereinspritzen in der Richtung senkrecht oder schräg zu der Unterseite der Bramme ausgeführt wird, – wobei das Wassereinspritzen so ausgeführt wird, dass die Position eines Einspritzens 30 bis 500 mm von der Unterseite der Bramme entfernt ist, und – wobei das Eintauchen für eine solche Periode anhält, dass dann, wenn die Bramme nach oben von dem Wasser gezogen wird und sie stehengelassen wird, die maximale Temperatur aufgrund einer Wärmeeinstellung nicht 400°C in der Oberflächenschicht innerhalb von 1 % der Dicke der Bramme übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, nach dem Herausziehen der Bramme aus dem Wasser, ein Strahlputzen der Bramme mit einem Verwerfungsverhältnis kleiner als 3 mm/m, wie dies nachfolgend definiert ist, durchgeführt wird: Verwerfungsverhältnis = [Größe einer Verwerfung in der Bramme (mm)]/[ Länge der Bramme (m)].