EP0563786B1 - Verfahren zum Giessen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggiessanlagen - Google Patents

Verfahren zum Giessen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggiessanlagen Download PDF

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EP0563786B1
EP0563786B1 EP93104905A EP93104905A EP0563786B1 EP 0563786 B1 EP0563786 B1 EP 0563786B1 EP 93104905 A EP93104905 A EP 93104905A EP 93104905 A EP93104905 A EP 93104905A EP 0563786 B1 EP0563786 B1 EP 0563786B1
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Definitions

  • the invention relates to a method for casting high-alloy steels on circular arc continuous casting machines, the molten steel through a water-cooled mold is led from which a surface solidified Steel strand emerges, which is subjected to Coolants cooled for further solidification, over Support rollers deflected in a circle and then over a multi-point bending device from the circular arc back in the horizontal is bent back.
  • Highly alloyed steels such as austenitic or ferritic chrome-nickel, nickel-chrome or 13% Chrome steels, which depending on the application and stress Molybdenum, vanadium, tungsten, silicon or aluminum as further alloy components are added, and as rust and acid resistant, as heat resistant or scale resistant steels and tool steels use find, solidify without transformation: depending on the chemical Composition differ during solidification Carbides and other phases, which are metallurgically in the Structure of the steel alloy in its composition of the basic matrix differ significantly and unfavorable on toughness and resilience impact. Tensions during solidification, Cooling and hot forming, especially during the Straightening of these steels occur easily Tears between the interfaces of the crystals.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method which is error-free Production of the highest alloyed steels on such continuous casting plants is permitted, with regard to the use of all steel brands and lot sizes in the stainless steel sector are flexible, whereby care is taken in the process that the steel matrix occurring stresses and surface cracks can be avoided.
  • the invention provides a method for casting high-alloy steels on circular arc continuous casting plants on hand, the steel melt through a water-cooled mold is guided, from which a surface solidified steel strand emerges, which is under pressure cooled by coolants for further solidification, deflected in a circle via support rollers and then from a circular arc back into the horizontal using a multi-point bending device is bent back, the in the area of the multi-point bending device Strand temperatures are determined via the thickness of the strand cross section and under Consideration of hot forming tests known per se in the form of flow curves yield stresses determined depending on the forming speed and the Strand temperature the guide force is calculated for the minimum deformation that is required around the steel strand in the multi-point bending device from the circular arc to the horizontal to bend back, and that a target-actual value comparison of the straightening force is carried out and at Exceeding or falling below the arithmetically determined limit of the straightening force Strand temperature in the multi-point bending device by increasing or reducing the Secondary
  • the invention is intended to be gentle on the respective steel brand, the format to be cast and the Casting speed or strand cooling coordinated Straightening operations when straightening the on circular arc caster generated arcuate Steel strand in the area of a Multi-point bending device to perform the dreaded surface cracking in the strands to master better.
  • the invention proposes that Straightening force for straightening the curved Steel strand to be calculated under the guideline that limit the stresses that occur so that the Steel matrix can accommodate them without separations.
  • the high-temperature material properties obtained in this way are the strand temperatures assigned, which according to the invention in the field of Reference point can be determined via the strand cross-section, for example, in that the Strand surface temperature measured and from that Temperature profile calculated over the strand cross-section becomes. Taking these requirements into account, the Casting conditions and the strand formats the leveling force calculated, which is required to the steel strand from Circular arc over a multi-point bending device in the Bend back horizontal. In the figure is a Block diagram shown, from which it can be seen in what way the high temperature properties of a Steel for determining the target temperatures influenceable and thus by the casting conditions and the strand cooling adjustable, required straightening force and Straightening work can be used.
  • the required straightening force is compared in the target / actual value comparison undershot, the Casting speed reduced and / or the Strand cooling can be adapted accordingly. So that will lowered the target temperature and that for achieving of a straight strand required minimum deformation not exceeded.
  • the method does not solely on straightening cast steel strands remains limited, which is already in the bending device are completely frozen.
  • the method according to the invention can also be limited to the Straighten semi-rigid strands, one solidified edge zone and a still fluid core area exhibit.
  • Straightening partially frozen Steel strands require less directional deformation as completely solidified strands, so that the deformation overall can be done more gently. This also affects advantageous when straightening high-temperature steels the system parts of the multi-point bending device, the are exposed to less stress.
  • the design and control of the continuous caster must take these requirements into account. It must therefore depending on the steel brand and the one to be cast Format different casting speeds and Control options for strand cooling set and it must be ensured that Solidification behavior, resulting stress states and heat dissipation coordinated and regulated can be. With this regulation, the Steel strands in the most gentle way possible Straightening treated so that surface cracks largely can be excluded.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggießanlagen, wobei die Stahlschmelze durch eine wassergekühlte Kokille geführt wird, aus der ein oberflächig erstarrter Stahlstrang austritt, der unter Beaufschlagung von Kühlmitteln zur weiteren Erstarrung gekühlt, über Stützrollen kreisförmig umgelenkt und anschließend über eine Mehrpunktbiegeeinrichtung vom Kreisbogen wieder in die Horizontale zurückgebogen wird.
Höchstlegierte Stähle, wie die austenitischen oder ferritischen Chrom-Nickel-, Nickel-Chrom- oder 13%igen Chromstähle, denen je nach Einsatz und Beanspruchung noch Molybdän, Vanadin, Wolfram, Silizium oder Aluminium als weitere Legierungskomponente zugesetzt sind, und die als rost- und säurebeständige, als hochwarmfeste oder zunderbeständige Stähle und Werkzeugstähle Verwendung finden, erstarren umwandlungsfrei: Je nach der chemischen Zusammensetzung scheiden sich während der Erstarrung Karbide und andere Phasen aus, die sich metallurgisch im Gefüge der Stahllegierung in ihrer Zusammensetzung von der Grundmatrix erheblich unterscheiden und sich ungünstig auf Zähigkeit und Formänderungsvermögen auswirken. Spannungen, die während des Erstarrens, Erkaltens und Warmumformens, insbesondere während des Richtens dieser Stähle auftreten, führen leicht zu Aufreißungen zwischen den Grenzflächen der Kristalle.
Deshalb gelten diese Stähle als sehr anfällig gegen Oberflächenrisse, und sie lassen sich trotz erheblicher Anstrengungen und Erfolge zur Begrenzung der Spannungsspitzen bei der Kühlung und dem Richten in Kreisbogenanlagen nur unter großen Schwierigkeiten abgießen. Diese Stähle werden deshalb bei Erzeugung über Strangguß vornehmlich auf Senkrecht- oder Horizontal-Stranggießanlagen abgegossen. Beide Anlagentypen arbeiten nach Verfahren, die hin-sichtlich der Erstarrung des Stahles ohne Rißbildung an der Strangoberfläche optimiert sind, und die ohne das bei Kreisbogenanlagen erforderliche Richten der Stränge auskommen. Allerdings verfügen diese Anlagen nur über ein begrenztes Kapazitätsangebot in t/h.
Senkrecht-Stranggießanlagen für größere Abmessungen und Leistungen würden dagegen unwirtschaftlich hohe Investitionen erfordern und hätten wegen der für diesen Stahlmarkenbereich geringen Erzeugungsmengen in t/Monat keine ausreichende Auslastung. Deshalb wer-den höchstlegierte Stäble heute noch aus Losgrößenüberlegungen in vielen Fällen als Schmiedeblöcke oder Walzblöcke abgegossen. Die Erzeugung der Blöcke und ihre Bearbei-tung für ihren Einsatz in die nächste Fertigungsstufe und das Verformen sind aufwendig und belasten die Fertigerzeugnisse mit sehr hohen Herstellkosten.
Aus dem Buch "Stahlstrang-Gießanlagen" von H.G. Baumann 1976, Verlag Stahleisen, Düsseldorf, Seiten 86 bis 93 sind u.a. Programme für das rechnergestützte Konstruieren von Gießanlagen bekannt. Baumann will in erster Linie den Konstrukteur von Stahlstrang-Gießanlagen Hilfen zur Bemessung der verschiedenen Aggregate geben. Dazu werden in diesem Buch aus der Sicht des Konstrukteurs verschiedene Parameter weitgehend berechnet. In diesem Buch ist nicht zu Verfahrensfragen des Stranggießens Stellung genommen worden, sondern es finden sich dort Hinweise für die Konstruktion von Stranggießanlagen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die fehlerfreie Erzeugung von höchstlegierten Stählen auf solchen Stranggießanlagen erlaubt, die hinsichtlich des Einsatzes aller im Edelstahlbereich vorkommenden Stahlmarken und Losgrößen flexibel sind, wobei im Verfahrensablauf dafür Sorge getragen wird, daß die Stahlmatrix die auftretenden Spannungen aufnehmen kann und Oberflächenrisse vermieden werden können.
Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Gießen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggießanlagen an die Hand, wobei die Stahlschmelze durch eine wassergekühlte Kokille geführt wird, aus der ein oberflächig erstarrter Stahlstrang austritt, der unter Beaufschlagung von Kühlmitteln zur weiteren Erstarrung gekühlt, über Stützrollen kreisförmig umgelenkt und anschließend über eine Mehrpunktbiegeeinrichtung vom Kreisbogen wieder in die Horizontale zurückgebogen wird, wobei im Bereich der Mehrpunktbiegeeinrichtung die Strangtemperaturen über die Dicke des Strangquerschnitts ermittelt werden und unter Berücksichtigung der aus an sich bekannten Heiß-Umformversuchen in Form von Fließkurven ermittelten Fließspannungen in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit und der Strangtemperatur die Richtkraft für die Mindestverformung berechnet wird, die erforderlich ist, um den Stahlstrang in der Mehrpunktbiegeeinrichtung vom Kreisbogen in die Horizontale zurückzubiegen, und daß ein Soll-Ist-Wertevergleich der Richtkraft durchgeführt wird und bei Über- oder Unterschreiten des rechnerisch ermittelten Grenzwertes der Richtkraft die Strangtemperatur in der Mehrpunktbiegeeinrichtung durch Erhöhen oder Zurücknehmen der Sekundärkühlung im Rahmen ihrer Steueningsparameter und weiter durch Erhöhen oder Zurücknehmen der Gießgeschwindigkeit als Steuerungsparameter für die Strangtemperatur gesteigert oder abgesenkt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine moderne Technologie zur Verfügung gestellt wird, die die Erzeugung von rißempfindlichen, höchstlegierten Stählen fehlerfrei und kostengünstig auf den für die Erzeugung von Edelstählen bewährten Kreisbogen-Stranggießanlagen gestattet.
Im folgenden wird die Erfindung näher beschrieben und anhand einer Zeichnung erläutert.
Das Bestreben, Energie-, Betriebs- und Investitionskosten zu sparen sowie die Qualität der Produkte zu steigern, führte in der Stahlindustrie zur Umstellung von Block- auf Strangguß. Trotz verfeinerter Prozeßsteuerung beim Stranggießen wird bei einer Reihe von Stählen, insbesondere bei den höchstlegierten Stählen, eine fehlerfreie Erzeugung noch nicht sicher beherrscht. Weitere Parameter wichtiger Einflußgrößen müssen zur Optimierung der Fertigung herangezogen werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, schonende, auf die jeweilige Stahlmarke, das zu gießende Format und die Gießgeschwindigkeit bzw. Strangkühlung abgestimmte Richtoperationen beim Geradebiegen des auf Kreisbogen-Stranggießanlagen erzeugten bogenförmigen Stahlstranges im Bereich einer Mehrpunktbiegeeinrichtung durchzuführen, um die gefürchtete Oberflächenrißbildung in den Strängen besser zu beherrschen. Die Erfindung schlägt vor, die Richtkraft für das Geradebiegen des gebogenen Stahlstranges zu berechnen unter der Vorgabe, die dabei auftretenden Spannungen so zu begrenzen, daß die Stahlmatrix sie ohne Trennungen aufnehmen kann. Einen Beitrag dazu liefern die bekannten Heißzugversuche zur Ermittlung der Hochtemperaturfestigkeits- und - zähigkeitseigenschaften der Stähle, die als Spannungs-Dehnungs-Kurven aufgenommen werden, und deren Kenntnis Hinweise auf den Kraft- und Arbeitsbedarf von Umformeinrichtungen sowie auf die maximal zulässigen Verformungen ohne Werkstoffschädigungen gibt.
Die derart gewonnenen Hochtemperatur-Werkstoffeigenschaften werden den Strangtemperaturen zugeordnet, die gemäß der Erfindung im Bereich des Richtpunktes über den Strangquerschnitt ermittelt werden, beispielsweise dadurch, daß die Strangoberflächentemperatur gemessen und daraus das Temperaturprofil über den Strangquerschnitt berechnet wird. Aus diesen Vorgaben wird unter Berücksichtigung der Gießbedingungen und der Strangformate die Richtkraft errechnet, die benötigt wird, um den Stahlstrang vom Kreisbogen über eine Mehrpunktbiegeeinrichtung in die Horizontale zurückzubiegen. In der Figur ist ein Blockdiagramm dargestellt, aus dem entnommen werden kann, in welcher Weise die Hochtemperatureigenschaften eines Stahles zur Ermittlung der über die Richttemperaturen beeinflußbaren und damit durch die Gießbedingungen und die Strangkühlung regelbare, erforderliche Richtkraft und Richtarbeit herangezogen werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Soll-Ist-Wertevergleich der Richtkraft vor, mit dessen Hilfe eine Steuerung der Gießgeschwindigkeit und/oder der Strangkühlung vorgenommen wird, wie ebenfalls in der Figur gezeigt wird. Steigt die benötigte Richtkraft über den berechneten Grenzwert für den benötigten Verformungsaufwand hinaus an, kann durch die Erhöhung der Gießgeschwindigkeit und/oder die Anpassung der Strangkühlung die Richttemperatur entsprechend gesteigert werden und damit die benötigte Richtkraft niedriger ausfallen und dem aus den Werkstoffeigenschaften hergeleiteten Grenzwert angepaßt werden.
Wird dagegen die benötigte Richtkraft im Soll-Ist-Wertevergleich unterschritten, muß die Gießgeschwindigkeit zurückgenommen und/oder die Strangkühlung entsprechend angepaßt werden. Damit wird die Richttemperatur abgesenkt und die für das Erzielen eines geraden Stranges erforderliche Mindestverformung nicht überschritten.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß das Verfahren nicht allein auf das Richten von gegossenen Stahlsträngen beschränkt bleibt, die in der Biegeeinrichtung bereits vollständig erstarrt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ohne jegliche Einschränkung auch auf das Richten von teilerstarrten Strängen anwenden, die eine erstarrte Randzone und einen noch flüssigen Kernbereich aufweisen. In diesem Fall wird die Festigkeit der erstarrten Randzone im Bereich des Richtpunktes nach dem beschriebenen Verfahren ermittelt und für die Errechnung der erforderlichen Richtkraft bzw. Richtarbeit herangezogen. Das Richten von teilerstarrten Stahlsträngen erfordert eine geringere Richtverformung als vollständig erstarrte Stränge, so daß die Verformung insgesamt schonender erfolgen kann. Dies wirkt sich auch vorteilhaft beim Richten von hochwarmfesten Stählen auf die Anlagenteile der Mehrpunktbiegeeinrichtung aus, die geringeren Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Die Auslegung und Steuerung der Stranggießanlage muß diesen Anforderungen Rechnung tragen. Es müssen deshalb in Abhängigkeit von der Stahlmarke und dem zu gießenden Format unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten und Regelungsmöglichkeiten der Strangkühlung eingestellt werden können, und es ist dafür Sorge zu tragen, daß Erstarrungsverhalten, entstehende Spannungszustände und die Wärmeabfuhr aufeinander abgestimmt und geregelt werden können. Mit dieser Regelung werden die Stahlstränge auf die denkbar schonendste Weise beim Richten behandelt, so daß Oberflächenrisse weitgehend ausgeschlossen werden können.
Zur Ermittlung der Richtkraft, die im Bereich der Mehrpunktbiegeeinrichtung auf den Stahlstrang übertragen wird, bietet sich vorteilhaft das in der EP-OS 0 315 043 beschriebene Verfahren zur Walzkraftmessung an Walzwerkswalzen an, das ohne weiteres übernommen werden kann und das einen Vergleich der tatsächlich vorliegenden Kraft mit der maximal zulässigen Kraft durchführt, der ein Anspruch des beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens ist.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Gießen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggießanlagen, wobei die Stahlschmelze durch eine wassergekühlte Kokille geführt wird, aus der ein oberflächig erstarrter Stahlstrang austritt, der unter Beaufschlagung von Kühlmitteln zur weiteren Erstarrung gekühlt, über Stützrollen kreisförmig umgelenkt und anschließend über eine Mehrpunktbiegeeinrichtung vom Kreisbogen wieder in die Horizontale zurückgebogen wird, wobei im Bereich der Mehrpunktbiegeeinrichtung die Strangtemperaturen über die Dicke des Strangquerschnitts ermittelt werden und unter Berücksichtigung der aus an sich bekannten Heiß-Unformversuchen in Form voll Fließkurven ermittelten Fließspannungen in Abhängigkeit von der Uniformgeschwindigkeit und der Strangtemperatur die Richtkraft für die Mindestverformung berechnet wird, die erforderlich ist, um den Stahlstrang in der Mehrpunktbiegeeinrichtung vom Kreisbogen in die Horizontale zurückzubiegen, und daß ein Soll-Ist-Wertevergleich der Richtkraft durchgeführt wird und bei Über- oder Unterschreiten des rechnerisch ermittelten Grenzwertes der Richtkraft die Strangtemperatur in der Mehrpunktbiegeeinrichtung durch Erhöhen oder Zurücknehmen der Sekundärkühlung im Rahmen ihrer Steuerungsparameter und weiter durch Erhöhen oder Zurücknehmen der Gießgeschwindigkeit als Steuerungsparameter für die Strangtemperatur gesteigert oder abgesenkt wird.
EP93104905A 1992-03-31 1993-03-25 Verfahren zum Giessen von höchstlegierten Stählen auf Kreisbogen-Stranggiessanlagen Expired - Lifetime EP0563786B1 (de)

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