EP1050355B1 - Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen - Google Patents

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EP1050355B1
EP1050355B1 EP00108747A EP00108747A EP1050355B1 EP 1050355 B1 EP1050355 B1 EP 1050355B1 EP 00108747 A EP00108747 A EP 00108747A EP 00108747 A EP00108747 A EP 00108747A EP 1050355 B1 EP1050355 B1 EP 1050355B1
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rollers
pair
roller
liquid core
continuous casting
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Horst Grothe
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2201/00—Special rolling modes
    • B21B2201/14—Soft reduction

Definitions

  • the invention relates to a method for producing continuously cast steel products, the method comprising a step of deforming the liquid core of the cast product.
  • the continuously cast strand solidifies via the formation of a solid strand shell in the mold, and then solidifies in the direction of the strand center during the stripping process.
  • the electromagnetic stirring is known, wherein the melt is imposed a flow movement. Agitation in the secondary cooling zone or in the final zone of a continuous casting plant should bring about a globulitic solidification structure and reduce segregation.
  • the present invention has for its object to provide a process for the production of extruded products with homogeneous properties over the strand cross-section, in particular by preventing Seigerungen while increasing the core density. It is to be used in particular also in systems with high casting speeds and adapted to the final format casting formats.
  • the basic idea of the invention is a control method in which the strand extraction force is used as a controlled variable for adjusting the position of the sump tip in relation to the position of a roller pair performing the deformation and thus of the roller gap along the continuous casting track, in order to ensure that the sump tip is always directly in the Roller gap is, ie, that the strand solidifies directly in the area between the two rollers and thus during the deformation step.
  • the strand extraction force is a dependent on the predetermined contact force of the rollers, the deformation thickness and a material parameter size.
  • the setpoint is the pull-out force that results when the sump tip is directly in the roll nip.
  • the desired ratio between the sump tip position and roller gap can be adjusted in a first embodiment by changing the casting speed and in a second embodiment by changing the position of the roller pair on the strand.
  • the ratio between the sump tip position and the roller gap can be controlled both by the parameters of the casting speed and by the movability of the roller pair along the continuous casting track.
  • Figures 1 to 4 show various arrangements of the first and second embodiments of the device according to the invention.
  • a continuous casting apparatus 1 is shown very simplified, which essentially comprises a mold 2 and an arcuate continuous casting track 3.
  • the continuous casting track 3 settles usually from a cooling area 4 and an adjoining pull-out and straightening area 5 together.
  • the softreduction process is not carried out by means of a plurality of roller pairs or roller races, but only by a stationary pair of rollers 6, which is composed of an upper and lower roller 7, 8. Downstream of the pair of rollers 6 for reducing a pair of driver rollers 9 is arranged for straightening with an upper and lower drive roller 10 and 11.
  • the respective roller stands 12, 13 are shown greatly simplified.
  • a second roller pair 14 is arranged with a corresponding pair of drive rollers 15 before the first stationary on the continuous casting by means of changing the casting speed, the formation of the sump tip can be controlled in the strand and thus the goal can be achieved that the solidification of the strand always takes place in the gap between the pair of rollers, in order to achieve optimum core compaction and prevent core segregation.
  • the first or second pair of rollers can take over a softreduction of the sump tip, wherein the lower roller of the pair 20 is optionally present.
  • the second embodiment of the invention is illustrated by means of FIGS. 3 and 4. It is a pair of rollers 16, which together with a corresponding pair of drive rollers 17 along the continuous casting track is movable. Such a change in position is illustrated with the pair of rollers 16 'and 17'. Downstream of the pair of rollers 16, a straightening region 18 is arranged, which is composed of two pairs of driver rollers 19 and 20.
  • FIG. 4 illustrates this embodiment with a movable pair of rollers 21 which is arranged behind the straightening region 18. With 21 'the staggered pair of rollers is designated.
  • the travel is according to the invention in dependence of Strand extraction force controlled. It is also dependent on the casting speed. At low casting speed, a small travel path is sufficient (FIG. 3), and at a higher casting speed, the travel path becomes larger (FIG. 4).
  • the control method in combination with a pair of driver rollers 22 is shown schematically in FIG. 5.
  • a pair of rollers 23 are arranged on a continuous casting product having the initial thickness D 1 and the reduced thickness D 2 .
  • the pair of rollers is either set to a desired thickness or adjusted to spacers.
  • Both the upper and the lower roller 24, 25 of the softreduction rollers are adjustable in terms of their contact force P and their way, shown schematically here with 26.
  • the required force Z for pulling the strand is determined by means of the adjusting force P, the thickness difference and a material characteristic value and the necessary torque M d for the rollers 27, 28 of the downstream driver 22 calculates
  • the target value is the pull-out force, which results when the sump tip S or the solidification end is located directly in the gap of the two rollers 24, 25.
  • a correction of the positional relationship between the roller pair and the sump tip takes place either by changing the casting speed or by changing the position of the roller pair 23.
  • FIG. 6 illustrates the structure of such a softreduction framework in the side view.
  • the softreduction- and driver roller pair 23 and 22 are arranged in a common scaffolding frame 29
  • the displacement and force control of the roller pair 23 is taken over by two acting on the roller axes 30 and 31 hydraulic cylinders 32, 33, which is clear from the sectional view AA of Figure 7.
  • Designated at 34 is the extruded product, at 35 the compressed core area between the two rollers 24 and 25.
  • FIG. 8 shows the sectional view BB of FIG. 6.
  • the two driver rollers 27, 28 are set by means of the two hydraulic cylinders 36 and 37 and 28 are each provided with drive means 38 and 39, the drive torque M d as a measure for the pull-Z is used.
  • the scaffolding frame 29 with softreduction- and driver roller pair 23 and 22 along the Strangg cashbahn be moved.
  • This is achieved according to Figure 9, preferably by means of wheels 40, 41, which are arranged on both sides of the scaffolding frame 29.
  • wheels 40, 41 which are arranged on both sides of the scaffolding frame 29.
  • rails 42, 43 along the continuous casting track, in which the wheels are movable in combination with the scaffolding frame.
  • FIGS. 10a and 10b it is made clear by presenting a roll with a diameter of 400 mm and a roll with a diameter of 1500 mm that a more controlled core compaction is possible with the aid of the relatively large rolls.
  • a larger pressed length and a smaller angle ⁇ mean a flatter angle of attack and thus a lower elongation at the solidification front in the strand core area and a longer reduction distance. This has an advantageous effect on a Kemverdichtung.
  • a satisfactory core compaction is possible with rolls with diameters between 400 and 1800 mm.
  • both blocks and billets can be subjected to softreduction, in particular profiled, rectangular, square or round strands can be compacted in the core.
  • the device described can be used in new systems, at the same time it is possible to retrofit existing systems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen, wobei das Verfahren einen Verformungsschritt des flüssigen Kerns des Gießerzeugnisses aufweist.
  • Durch die DE 41 38 740 A1 ist eine Vorrichtung zum Stranggießen von Brammen mit einer Soft-reduction Strecke bekannt. Sie ist nach Verfahrensparametem regelbar, die dem Halten der Sumpfspitze innerhalb der Soft-reduction Strecke dienen.
  • Beim Stranggießen erstarrt der kontinuierlich gegossene Strang über die Bildung einer festen Strangschale in der Kokille, um anschließend in Richtung Strangmitte während des Abziehvorgangs zu erstarren. Hierbei kommt es an der Erstarrungsfront zu Anreicherungen von Legierungselementen. Diese verursachen im durcherstarrten Strang Kemseigerungen, die wiederum für Inhomogenitäten und ungleichmäßige Eigenschaften über dem Strangquerschnitt verantwortlich sind.
  • Um die Erstarrungsvorgänge positiv zu beeinflussen, ist das elektromagnetische Rühren bekannt, wobei der Schmelze eine Strömungsbewegung auferlegt wird. Ein Rühren in der Sekundärkühlzone oder in der Finalzone einer Stranggießanlage soll ein globulitisches Erstarrungsgefüge herbeiführen und die Kemseigerung vermindern.
  • Als ein weiteres Mittel zur Verhinderung der Seigerungen an der Erstarrungsfront und Erhöhung der Kemdichte wird die Soft-reduction eingesetzt, bei der es zu einem geringfügigen Verwalzen des noch nicht vollständig durcherstarrten Stranges und damit des noch flüssigen Kerns kommt. Aus der EP 0 603 330 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Knüppeln und Blöcken aus stranggegossenen Stahlerzeugnissen bekannt mit einem solchen Schritt des Verformens des flüssigen Kerns des Gießerzeugnisses. Dieser Verformungsschritt wird in der Stranggießbahn zwischen dem Punkt, an dem noch nicht erstarrte Bereiche vorhanden sind und dem Punkt, bei dem das Erzeugnis vollständig erstarrt ist, in einer Zone durchgeführt, die zwischen Punkten liegt, die einer Konzentration der festen Körner im Inneren des flüssigen Kerns von 10% bzw. 80% entsprechen. Hierzu wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die äußere und innere Segmente einer bogenförmigen Rollgangstrecke umfasst. Die bogenseitig innen liegenden Segmente sind gegenüber den außen liegenden Segmenten beweglich. Senkrecht zu den Rollen der Segmente sind zusätzliche Rollen von Rollenkäfigen vorhanden, die ebenfalls in Richtung Gießachse gedrückt werden.
  • Ferner führt bei dem Schnellgießverfahren der sich einstellende längere und dünnere Sumpf zwangsläufig zu mehr Porosität und Seigerungen. Dies begrenzt wegen der schlechteren Qualitäten ein Ausnutzen der Vorteile des Schnellgießens.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Strangprodukten mit homogenen Eigenschaften über den Strangquerschnitt, insbesondere durch Verhinderung von Seigerungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Kemdichte, zu schaffen. Es soll insbesondere auch bei Anlagen mit hohen Gießgeschwindigkeiten und an das Endformat angepassten Gießformaten zum Einsatz kommen.
  • Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Grundgedanke der Erfindung ist ein Regelverfahren, bei dem die Strangauszugskraft als Regelgröße zur Einstellung der Lage der Sumpfspitze im Verhältnis zu der Position eines die Verformung durchführenden Rollenpaares und somit des Rollenspaltes entlang der Stranggießbahn verwendet wird, um zu erreichen, dass sich die Sumpfspitze stets unmittelbar im Rollenspalt befindet, d.h., dass der Strang unmittelbar im Bereich zwischen den beiden Rollen und somit während des Verformungsschritts durcherstarrt. Die Strangauszugskraft ist eine von der vorgegebenen Anstellkraft der Rollen, der Verformungsdicke und einem Werkstoffkennwert abhängige Größe. Der Sollwert ist die Auszugskraft, die sich ergibt, wenn sich die Sumpfspitze unmittelbar im Rollenspalt befindet. Bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert kann das gewünschte Verhältnis zwischen der Sumpfspitzenlage und Rollenspalt bei einer ersten Ausführungsform mittels Änderung der Gießgeschwindigkeit und bei einer zweiten Ausführungsform mittels Änderung der Position des Rollenpaars am Strang eingestellt werden. In einer dritten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis zwischen der Sumpfspitzenlage und dem Rollenspalt sowohl durch die Parameter der Gießgeschwindigkeit als auch durch die Verfahrbarkeit des Rollenpaares entlang der Stranggießbahn regelbar ist. Insgesamt wird eine Änderung der Erstarrungslage beispielsweise durch Änderung der Gießtemperatur durch Überhitzung oder bei Änderung der Solidustemperatur nach erfolgter Legierungsfeineinstellung von dem Regelverfahren selbständig erkannt und korrigiert.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung: Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem stationär angeordneten Rollenpaar entlang der Stranggießbahn;
    Figur 2
    die Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 1 mit einem zweiten, wahlweise betätigbaren, stationär angeordneten Rollenpaar,
    Figur 3
    eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem entlang der Stranggießbahn verfahrbaren Rollenpaar, das strangabwärts vor einem Richtbereich angeordnet ist;
    Figur 4
    die Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 3 mit einem entlang der Stranggießbahn verfahrbaren Rollenpaar, das strangabwärts hinter einem Richtbereich angeordnet ist;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit einem Treiberrollenpaar;
    Figur 6
    eine Seitenansicht der Vorrichtung mit Rollenpaar und Treiberrollenpaar,
    Figur 7
    eine Ansicht entlang des Schnittes A-A der Vorrichtung nach Figur 6;
    Figur 8
    eine Ansicht entlang des Schnittes B-B der Vorrichtung nach Figur 6;
    Figur 9
    eine Querschnittsansicht der Vorrichtung mit Fahrschienen;
    Figur 10a,b
    eine schematische Ansicht des Rollenpaares mit zwei unterschiedlich großen Rollendurchmessem.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Anordnungen der ersten und zweiten Ausführungform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Figur 1 ist eine Stranggießvorrichtung 1 sehr vereinfacht dargestellt, die im wesentlichen eine Kokille 2 und eine bogenförmige Stranggießbahn 3 umfaßt. Die Stranggießbahn 3 setzt sich üblicherweise aus einem Kühlbereich 4 und einem sich daran anschließenden Auszieh- und Richtbereich 5 zusammen. Erfindungsgemäß wird der softreduction-Prozeß nicht mittels einer Vielzahl von Rollenpaaren oder Rollenkäflgen, sondern nur von einem stationär angeordneten Rollenpaar 6 übernommen, das sich aus einer Ober- und Unterrolle 7, 8 zusammensetzt. Strangabwärts ist hinter dem Rollenpaar 6 zum Reduzieren ein Treiberrollenpaar 9 zum Richten angeordnet mit einer oberen und unteren Treiberrolle 10 und 11. Die jeweiligen Rollengerüste 12, 13 sind stark vereinfacht dargestellt.
  • In Figur 2 sind entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Neben einem ersten Rollenpaar 6 und Treiberrollenpaar 9 ist ein zweites Rollenpaar 14 mit entsprechendem Treiberrollenpaar 15 vor dem ersten stationär an der Stranggießbahn angeordnet Mittels Veränderung der Gießgeschwindigkeit kann die Ausbildung der Sumpfspitze im Strang geregelt und damit das Ziel erreicht werden, daß die Durcherstarrung des Strangs stets im Spalt zwischen dem Rollenpaar stattfindet, um eine optimale Kernverdichtung zu erreichen und Kemseigerungen zu verhindern. Bei zwei Rollenpaaren kann wahlweise das erste oder zweite Rollenpaar eine softreduction der Sumpfspitze übernehmen, wobei die Unterrolle des Paars 20 wahlweise vorhanden ist.
  • Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Figuren 3 und 4 verdeutlicht. Es handelt sich um ein Rollenpaar 16, welches zusammen mit einem entsprechenden Treiberrollenpaar 17 entlang der Stranggießbahn verfahrbar ist. Eine solche Positionsänderung ist mit dem Rollenpaar 16' bzw. 17' verdeutlicht. Strangabwärts ist hinter dem Rollenpaar 16 ein Richtbereich 18 angeordnet, der sich aus zwei Treiberrollenpaaren 19 und 20 zusammensetzt.
  • Figur 4 verdeutlicht diese Ausführungsform mit einem verfahrbaren Rollenpaar 21, das hinter dem Richtbereich 18 angeordnet ist. Mit 21' ist das versetzte Rollenpaar bezeichnet. Der Verfahrweg wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit der Strangauszugskraft gesteuert. Er ist ebenfalls abhängig von der Gießgeschwindigkeit. Bei geringer Gießgeschwindigkeit reicht ein kleiner Verfahrweg (Figur 3), bei höherer Gießgeschwindigkeit wird der Verfahrweg größer (Figur 4).
  • Das Regelverfahren in Kombination mit einem Treiberrollenpaar 22 zeigt schematisch Figur 5. Es ist ein Rollenpaar 23 auf einem Stranggießerzeugnis mit der Ausgangsdicke D1 und der reduzierten Dicke D2 angeordnet. Das Rollenpaar wird entweder auf eine Solldicke eingestellt oder auf Distanzstücke angestellt. Sowohl die Ober- als auch die Unterrolle 24, 25 der softreduction-Rollen sind hinsichtlich ihrer Anstellkraft P und ihrem Weg regelbar, hier mit 26 schematisch dargestellt. Die erforderliche Kraft Z zum Ausziehen des Stranges wird mittels der Anstellkraft P, der Dickendifferenz sowie einem Werkstoffkennwert bestimmt und das notwendige Drehmoment Md für die Rollen 27, 28 des nachgeschalteten Treibers 22 berechnet Dabei ist der Sollwert die Auszugskraft, die sich ergibt, wenn sich die Sumpfspitze S bzw. das Erstarrungsende unmittelbar im Spalt der beiden Rollen 24, 25 befindet. Bei einer Abweichung zwischen Ist- und Sollwert findet eine Kor rektur des Lageverhältnisses zwischen Rollenpaar und Sumpfspitze entweder durch Änderung der Gießgeschwindigkeit oder durch Veränderung der Position des Rollenpaares 23 statt.
  • Figur 6 verdeutlicht den Aufbau eines solchen softreduction-Gerüstes in der Seitenansicht. Das softreduction- und Treiberrollenpaar 23 und 22 sind in einem gemeinsamen Gerüstrahmen 29 angeordnet Die Weg- und Kraftregelung des Rollenpaares 23 wird von zwei auf die Rollenachsen 30 und 31 wirkenden Hydraulikzylindern 32, 33 übernommen, was durch die Schnittansicht A-A der Figur 7 deutlich wird. Mit 34 ist das Stranggußerzeugnis bezeichnet, mit 35 der zusammengepreßte Kembereich zwischen den beiden Rollen 24 und 25. Figur 8 zeigt die Schnittansicht B-B der Figur 6. Die Anstellung der beiden Treiberrollen 27, 28 erfolgt mittels der beiden Hydraulikzylinder 36 und 37. Die Rollen 27 und 28 sind jeweils mit Antriebsmitteln 38 und 39 versehen, deren Antriebsmoment Md als Maß für die Auszugskraft Z dient. Nach der zweiten Ausführungsform ist der Gerüstrahmen 29 mit softreduction- und Treiberrollenpaar 23 und 22 entlang der Stranggießbahn verfahrbar. Dies wird nach Figur 9 vorzugsweise mittels Laufrädern 40, 41 erreicht, die an beiden Seiten des Gerüstrahmens 29 angeordnet sind. Es sind Fahrschienen 42, 43 entlang der Stranggießbahn vorhanden, in denen die Laufräder in Kombination mit dem Gerüstrahmen verfahrbar sind.
  • Mittels der Figuren 10a und 10b wird durch Darstellung einer Rolle mit einem Durchmesser von 400 mm und einer Rolle mit einem Durchmesser von 1500 mm verdeutlicht, daß mit Hilfe der im Verhältnis großen Rollen eine kontrolliertere Kemverdichtung möglich ist. Nach der Formel Id = (d/2 * Δh) mit Id=gedrückte Länge, d=Durchmesser und Δh=Dickenabnahme wird deutlich, daß bei gleichem Δh mit steigendem d die gedrückte Länge steigt und der Anstellwinkel α über der gedrückten Länge kleiner wird. Ein größere gedrückte Länge und ein kleinerer Winkel α bedeuten einen flacheren Anstellwinkel und somit eine geringere Dehnung an der Erstarrungsfront im Strangkembereich und eine längere Reduktionsstrecke. Dies wirkt sich vorteilhaft auf eine Kemverdichtung aus. Eine zufriedenstellende Kemverdichtung ist mit Rollen mit Durchmessern zwischen 400 und 1800 mm möglich.
  • Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung können sowohl Blöcke als auch Knüppel einer softreduction unterworfen werden, insbesondere können profilierte, rechteckige, quadratische oder runde Stränge im Kem verdichtet werden. Die beschriebene Vorrichtung kann in neue Anlagen eingesetzt werden, gleichzeitig ist es möglich, bestehende Anlagen nachzurüsten.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen, wobei das Verfahren einen Verformungsschritt des flüssigen Kerns des Gießerzeugnisses aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Istwert die Strangauszugskraft (Z) bestimmt wird, die sich im Verformungsspalt eines den Verformungsschritt durchführenden Rollenpaares (23) in Abhängigkeit der vorgegebenen Anstellkraft (P) der Rollen, der Verformungsdicke (ΔD) und einem Werkstoffkennwert ergibt,
    daß dieser Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, wobei der Sollwert als die Auszugskraft definiert ist, die sich ergibt, wenn sich die Sumpfspitze (S) unmittelbar im Rollenspalt befindet, und
    daß in Abhängigkeit der Abweichung des Istwertes vom Sollwert das Verhältnis zwischen der Position des Rollenpaares und der Sumpfspitze derart geregelt wird, daß die Durcherstarrung des Stranges unmittelbar im Rollenspalt stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lage der Sumpfspitze in Abhängigkeit der Gießgeschwindigkeit eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Position des Rollenpaares eingestellt wird, indem das Rollenpaar (23) entlang der Stranggießbahn verfahren wird.
EP00108747A 1999-05-07 2000-04-22 Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen Expired - Lifetime EP1050355B1 (de)

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DE19921296A DE19921296A1 (de) 1999-05-07 1999-05-07 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen

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EP1050355A3 EP1050355A3 (de) 2001-03-28
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EP (1) EP1050355B1 (de)
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