EP1414603A1 - Verfahren und anlage zur produktion von flach- und langprodukten - Google Patents

Verfahren und anlage zur produktion von flach- und langprodukten

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EP1414603A1
EP1414603A1 EP02794548A EP02794548A EP1414603A1 EP 1414603 A1 EP1414603 A1 EP 1414603A1 EP 02794548 A EP02794548 A EP 02794548A EP 02794548 A EP02794548 A EP 02794548A EP 1414603 A1 EP1414603 A1 EP 1414603A1
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EP
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strand
cooling section
furnace
separating device
plant
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EP02794548A
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Thomas Fest
Dirk Letzel
Adolf Zajber
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SMS Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of flat and long products in a production plant, for example from thin slabs, thick slabs, billets, blooms, carrier pre-profiles or the like with a continuous casting installation, comprising a mold, a strand guide with a pulling and straightening machine, one Cooling section and a separating device for the strand, as well as a downstream compensation furnace.
  • the invention also relates to an apparatus for performing the method.
  • the precipitation of aluminum nitride is one reason for these problems due to the rapid heating in direct hot charging and in the rolling process.
  • Aluminum nitrides can be found in most aluminum-tempered steels. These are formed and precipitated at the austenitic grain boundaries when the steel goes through the transformation phase from austenite to austenite plus ferrite. If the cast strand is then placed in a furnace for reheating before rolling, the precipitates remain at the austenitic grain boundaries even if the steel changes phase back to full austenite.
  • the precipitation of aluminum nitride creates further problems with other deposits such as copper, vanadium, etc., with the result of an extremely break-sensitive microstructure. According to a teaching of document EP 0 650 790 A1, the following is proposed to solve the aforementioned problems:
  • a surface temperature between 400 and 900 ° C after "natural tempering", i.e. a reheating by residual heat contained in the block is sought.
  • the positioning of a quenching box is also provided immediately after the pulling and straightening machine and before the separating device.
  • the document DE 44 16 752 A1 describes a method and a production plant for the production of hot wide strip.
  • the corresponding production plant consists of a continuous casting plant for thin slabs between 40 and 70 mm, a compensating furnace and a rolling mill, the exit temperature of the thin slab from the continuous casting machine being above 950 ° C. Between the continuous casting machine and the leveling furnace, the surface temperature of the slab is lowered to such an extent that a structural change from austenite to ferrite / pearlite occurs.
  • the cooling section used is designed as a water cooling section and consists of several chilled beams that can be switched on and off.
  • the previously known method preferably provides that the temperature of the thin slab is lowered to below 600 ° C. to a depth of at least 2 mm below the surface by choosing the cooling intensity.
  • the average surface temperature should not fall below the martensite threshold of the respective material quality.
  • the cooling time is chosen so that at least 70% austenite is converted into ferrite / pearlite.
  • the document EP 0 587 150 A1 describes a method for the heat treatment of continuously cast slabs or steel blocks, whereby surface brittleness can be effectively avoided. In particular, the occurrence of surface cracks can be effectively suppressed in the case of aluminum-calmed steels, even if the steels contain a proportion of 0.0080 to 0.0300 percent by weight of nitrogen and / or 0.03 to 0.25 percent by weight of lead.
  • the process comprises the steps:
  • the invention has for its object to provide a method for improving the surface of steel strands for all continuous casting formats, which offers independence from the casting speed and avoids "natural tempering" with core heat of the casting strand.
  • the invention proposes in a method according to the preamble of claim 1 that the positioning of the cooling section is carried out downstream behind the separating device, preferably in the immediate vicinity of the compensating furnace or preheating furnace.
  • the amount of water and the pressure gives the possibility of regulating the strand transport speed.
  • Another embodiment of the method provides that for the intensive removal of heat from the cooling section, this is enclosed with a covering and from it steam and residues of undevaporated cooling water are forcibly drawn off.
  • the invention advantageously provides that the water quantity and water pressure are controlled or regulated according to the current strand transport speed.
  • the positioning of the cooling section downstream behind the separating device the dependence of the cooling section on the speed of the casting process is eliminated.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the distance between the pulling-out and straightening machine and the separating device is used for homogenizing the temperature of different strand areas, for example on edges or surfaces.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the cooling section is arranged in an area of the strand guide with the highest possible temperature of the strand between the separating device and the compensating furnace.
  • a system for the production of flat or long products in a production system for example from thin slabs, thick slabs, billets, blooms, carrier pre-profiles or the like with a continuous casting system, comprising a mold, a strand guide with a pulling and straightening machine, a cooling section and a separating device
  • the equalizing furnace be arranged as close as possible behind the cooling section and that these be arranged as close as possible behind the separating device.
  • a mold 11 can be seen, which is designed for the continuous casting of a cast strand 6. Below this are segments 12 to 14 of a strand guide 1 with a large number of guide rollers.
  • the pulling and straightening machine 2 ensures that the strand 6 is pulled out and transported evenly. Behind it is the separating device in the transport direction. device 3 provided. It can be a pair of scissors or an oxy-fuel cutting machine. This is arranged at a comparatively close distance behind the pulling and straightening machine 2.
  • a suction device 10 with a powerful exhaust port is connected to the housing 9, which sucks off the steam generated during quenching and the unused water spray particles and forcibly withdraws it from the cooling section 4.
  • the compensating furnace or preheating furnace 5 is arranged at a close distance behind it, wherein recrystallization of the structure in the direction of pearlite / ferrite is initiated by external heat supply.
  • the "natural quenching" which is disadvantageous for the surface quality of the cast strand is avoided in this way.

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Description

Verfahren und Anlage zur Produktion von Flach- und Langprodukten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von Flach- und Langproduk- ten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille, eine Strangführung mit einer Auszieh- und Richtmaschine, eine Kühlstrecke und eine Trenneinrichtung für den Strang, sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren der vorgenannten Art zur Oberflächenverbesserung von Stahlsträngen sind seit längerem bekannt. Hierüber berichtet u.a. eine Veröffentlichung in der Zeitschrift "FEATURE", August 1999, Seite 39, unter dem Titel: "Quenching for Improved Direct Hot Charging Quality". Darin ist beispielsweise ausgeführt, daß viele Stahlhersteller im Zusammenhang mit direkter Heiß-Chargierung bei aluminium-beruhigtem Stahl sowie bei Stahl-Legierungen Brüchigkeits- Probleme haben, und daß diese durch eine Präzisionskühlung der äußeren Schale des Stahlstrangs unmittelbar im Anschluß an den Gießprozeß gelöst werden können.
Die Ausscheidung von Aluminium-Nitrid ist ein Grund dieser Probleme wegen der schnellen Erhitzung bei direkter Heiß-Chargierung und beim Walzprozeß. Aluminium-Nitride finden sich in den meisten aluminium-beruhigten Stählen. Diese werden geformt und ausgeschieden an den austenitischen Korngrenzen, wenn der Stahl die Umwandlungsphase von Austenit zu Austenit plus Ferrit durchläuft. Wenn der Gußstrang dann in einen Ofen zur Wiedererhitzung vor dem Walzen eingebracht wird, verbleiben die Ausscheidungen an den austenitischen Korngrenzen, auch wenn der Stahl einen Phasenwechsel zurück zu vollständigem Austenit vollzieht. Die Ausscheidung von Aluminium-Nitrid ruft weitere Probleme mit anderen Ausscheidungen hervor wie Kupfer, Vanadium, u.a., mit dem Ergebnis einer extrem bruchempfindlichen MikroStruktur. Zur Lösung der vorgenannten Probleme wird nach einer Lehre des Dokumentes EP 0 650 790 A1 , folgendes vorgeschlagen:
Es wird eine thermische Behandlung von Stahl mit Erzielung einer feinkörnigen Oberfläche zur Vermeidung des schädlichen Einflusses von Verbindungen der Elemente AI; V; Nb (sog. Minimierung des "Hot Shortness" Effektes) vorgesehen. Für eine Minimierung von Oberflächenfehlern sollen Oberflächenspannungen abgebaut werden.
Weiterhin wird eine Oberflächentemperatur zwischen 400 und 900 °C nach dem "natural tempering", d.h. eine Wiedererwärmung durch im Block enthaltene Restwärme angestrebt. Auch wird die Positionierung einer Quenchingbox unmittelbar nach der Auszieh- und Richtmaschine und vor der Trenneinrichtung vorgesehen.
Das Dokument DE 44 16 752 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Produktionsanlage zur Erzeugung von Warmbreitband. Die entsprechende Produktionsanlage besteht aus einer Stranggießanlage für Dünnbrammen zwischen 40 und 70 mm, einem Ausgleichsofen und einem Walzwerk, wobei die Austrittstemperatur der Dünnbramme aus der Stranggießmaschine oberhalb von 950 °C liegt. Zwischen der Stranggießmaschine und dem Ausgleichsofen wird die Oberflächentemperatur der Bramme in ausreichender Tiefe so weit abgesenkt, daß sich eine Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit/Perlit einstellt. Die eingesetzte Kühlstrecke ist als Wasserkühlstrecke ausgeführt und besteht aus mehreren zu- und abschaltbaren Kühlbalken.
Vorzugsweise sieht das vorbekannte Verfahren vor, daß durch Wahl der Kühlintensität die Temperatur der Dünnbramme bis auf eine Tiefe von mindestens 2 mm unterhalb der Oberfläche auf unter 600 °C abgesenkt wird. Die mittlere Oberflächentemperatur soll die Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte nicht unterschreiten. Die Abkühlzeit ist so gewählt, daß mindestens 70 % Austenit in Ferrit/Perlit umgewandelt werden. Das Dokument EP 0 587 150 A1 beschreibt ein Verfahren zur Wärmebehandlung stranggegossener Brammen oder Stahlblöcke, wodurch Oberflächen- Brüchigkeit effektiv vermieden werden kann. Insbesondere kann bei aluminiumberuhigten Stählen das Auftreten von Oberflächenrissen effektiv unterdrückt werden, selbst wenn die Stähle einen Anteil von 0,0080 bis 0,0300 Gewichts- prozent von Nitrogen, und/oder von 0,03 bis 0,25 Gewichtsprozent Blei enthalten. Das Verfahren umfaßt die Schritte:
Kühlen einer Stranggußbramme oder eines in einer Gießform erzeugten Stahlblocks, um die Oberflächen-Temperatur 50 bis 150 °C höher als dessen Ar3- Umwandlungspunkt zu bringen, ferner die Bramme bzw. den Block derart zu kühlen, daß dessen Kern Rothitze besitzt, während die Oberfläche zu einer Bainit-Struktur umgewandelt wird, anschließend wird die Bramme bzw. der Block, Knüppel oder Vorprofil in einem Ofen erhitzt, gefolgt von einer Heiß- Formung.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenverbesserung von Stahlsträngen für alle Stranggießformate anzugeben, das Unabhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit bietet und das "natural-tempering" mit Kernwärme des Gießstranges vermeidet.
Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 1 vorgeschlagen, daß die Positionierung der Kühlstrecke stromabwärts hinter der Trenneinrichtung, bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Ausgleichsofens oder Vorwärmofens, vorgenommen wird.
Mit der Erfindung ergeben sich u.a. folgende Vorteile:
die Möglichkeit einer Minimierung der schädlichen Cu-Einflüsse bei Einsatz minderwertigen, preiswerteren Schrottes, wobei auch die schädlichen Effekte der vorgenannten Elemente AI, V, Nb und Pb weitgehend unterdrückt werden, - infolge der Positionierung hinter der Trenneinrichtung in unmittelbarer Nähe zum Vorwärmofen des Walzwerkes wird eine Wiedererwärmung der Oberfläche der Dünnbramme durch eigenen Wärmeinhalt (natural tempe- ring) vermieden; bei der vorgeschlagenen Position der Quenchingeinrichtung kann durch Abschirmen des Stranges vor dem Quenchen ein gewisser Temperaturausgleich im Strang erzielt werden; der Weg von der Streckrichtmaschine bis zur Schere kann zur Temperaturhomogenisierung genutzt werden; ein wesentlicher Vorteil im Quenchen nach dem Trennen besteht in der Unabhängkeit von der Gießgeschwindigkeit. Zusätzlich zur Steuerung der
Wassermenge und des Druckes ergibt sich hier die Möglichkeit einer Regelung der Strangtransportgeschwindigkeit.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich da- durch, daß in der Kühlstrecke die Oberflächenschicht des Stranges mittels energiereicher Hochdruck-Wassersprühstrahlen schockartig gekühlt und ein Wiederanlassen dieser Oberflächenschicht mittels Kernwärme des Stranges vorzugsweise durch fortgesetzt vergleichsweise geringe Kühlung verhindert wird.
Eine weitere Verfahrens-Ausgestaltung sieht vor, daß zur intensiven Abfuhr von Wärmemengen aus der Kühlstrecke diese mit einer Umhüllung umschlossen und daraus Dampf sowie Reste unverdampften Kühlwassers zwangsweise abgezogen werden.
Weiter sieht die Erfindung mit Vorteil vor, daß Wassermenge und Wasserdruck nach der aktuellen Strangtransportgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden. Infolge der Positionierung der Kühlstrecke stromabwärts hinter der Trennvorrichtung wird die Abhängigkeit der Kühlstrecke von der Geschwindig- keit des Gießprozesses aufgehoben. Dabei sieht eine weitere Ausgestaltung des er indungsgemäßen Verfahrens vor, daß die Strecke zwischen der Auszieh- und Richtmaschine und der Trennvorrichtung zur Homogenisierung der Temperatur unterschiedlicher Strangbereiche, z.B. an Kanten oder Flächen, genutzt wird.
Und schließlich sieht eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vor, daß die Kühlstrecke in einem Bereich der Strangführung mit möglichst hoher Temperatur des Stranges zwischen der Trennvorrichtung und dem Ausgleichsofen angeordnet wird.
Bei einer Anlage zur Produktion von Flach- oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille, eine Strangführung mit einer Auszieh- und Richtmaschine, eine Kühlstrecke und eine Trennvorrichtung für den Gußstrang sowie einen dieser nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofen, zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Ausgleichsofen in möglichst geringem Abstand hinter der Kühlstrecke und diese in möglichst geringem Abstand hinter der Trennvorrichtung angeordnet sind.
Weitere Ausgestaltungen der Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit der nachstehenden Erläuterung eines in der Figur 1 rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles verdeutlicht.
In dem Ausführungsbeispiel ist eine Kokille 11 zu sehen, welche zum Stranggießen eines Gußstranges 6 ausgebildet ist. Darunter befinden sich Segmente 12 bis 14 einer Strangführung 1 mit einer Vielzahl von Führungsrollen.
Die Auszieh- und Richtmaschine 2 sorgt für einen gleichmäßigen Auszug und Transport des Stranges 6. Dahinter ist in Transportrichtung die Trenneinrich- tung 3 vorgesehen. Es kann sich dabei um eine Schere oder um eine Autogen- Trennschneidmaschine handeln. Diese ist in vergleichsweise dichtem Abstand hinter der Auszieh- und Richtmaschine 2 angeordnet.
In dichtem Abstand hinter der Trennvorrichtung 3 ist als besonderes Kennzei- chen der Erfindung eine Kühlstrecke 4 angeordnet, die mit Wassersprühdüsen 7 ausgestattet ist und von einem Gehäuse 9 umschlossen ist.
An dem Gehäuse 9 ist eine Absaugeinrichtung 10 mit einem leistungsfähigen Exhaustor angeschlossen, welcher den beim Quenching entstehenden Dampf und die unverbrauchten Wassersprühteilchen absaugt und aus der Kühlstrecke 4 zwangsweise abzieht. Infolge der dichten Anordnung der Wassersprühdüsen 7 und ihres Betriebes mit Hochdruck-Wassersprühstrahlen, sowie unter dem Einfluß der Absaugvorrichtung 10 ergibt sich ein extrem hoher Wärmeaustausch zwischen dem durchlaufenden Strang 6 und dem angewendeten Kühl- mittel. Dadurch wird eine Kühlung der Oberflächenschicht 8 erreicht, die bspw. mindestens 2 mm beträgt.
Dahinter ist in dichtem Abstand der Ausgleichsofen bzw. Vorwärmofen 5 angeordnet, worin durch externe Wärmezufuhr eine Rekristallisation des Gefüges in Richtung Perlit/Ferrit initiiert wird. Das für die Oberflächengüte des Gußstranges nachteilige "natural quenching" wird auf diese Weise vermieden.
Liste der Bezugszeichen
1 Strangführung
2 Auszieh- und Richtmaschine
3 Trennvorrichtung 4 Kühlstrecke
5 Ausgleichsofen / Vorwärmofen
6 Strang
7 Wassersprühstrahlen
8 Oberflächenschicht des Stranges 9 Gehäuse
10 Exhaustor
11 Kokille
12 Strangführungssegment
13 Strangführungssegment 14 Strangführungssegment

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Produktion von Flach- und/oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggießanlage, umfassend eine Kokille (11), eine Strangführung (1) mit einer Auszieh- und Richtmaschine (2), eine Kühlstrecke (4) und eine Trenneinrichtung (3) für den Strang (6), sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofens (5), dad urch geken nzeich net, daß die Positionierung der Kühlstrecke (4) stromabwärts hinter der
Trenneinrichtung (3), bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Ausgleichsofens oder Vorwärmofen (5), vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dad urch geken nzeic h net, daß in der Kühlstrecke (4) die Oberflächenschicht (8) des Stranges (6) mittels energiereicher Hochdruck-Wassersprühstrahlen (7) schockartig gekühlt und ein Wiederanlassen dieser Oberflächenschicht (8) mittels Kernwärme des Stranges (6) vorzugsweise durch fortgesetzt vergleichs- weise geringe Kühlung verhindert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dad urc h gekennzei ch net, daß zur intensiven Abfuhr von Wärmemengen aus der Kühlstrecke (4) diese mit einer Umhüllung (9) umschlossen und daraus Dampf sowie
Reste unverdampften Kühlwassers zwangsweise abgezogen werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dad u rch gekennzei c h net, daß Wassermenge und -druck nach der aktuellen Strangtransportgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke zwischen der Auszieh- und Richtmaschine (2) und der Trennvorrichtung (3) zur Homogenisierung der Temperatur unterschiedlicher Strangbereiche, z.B. an Kanten oder Flächen, genutzt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) in einem Bereich der Strangführung (1) mit möglichst hoher Temperatur des Stranges (6) zwischen der Trennvorrichtung (3) und dem Ausgleichsofen oder Vorwärmofen(δ) angeordnet wird.
7. Anlage zur Produktion von Flach- oder Langprodukten in einer Produktionsanlage, beispielsweise aus Dünnbrammen, Dickbrammen, aus Knüppeln, Blooms, Trägervorprofilen oder dergleichen mit einer Stranggieß- anläge, umfassend eine Kokille (11), eine Strangführung (1) mit einer
Auszieh- und Richtmaschine (2), eine Kühlstrecke (4) und eine Trennvorrichtung (3) für den Gußstrang (6), sowie einen nachgeordneten Ausgleichsofen oder Vorwärmofen (5), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsofen oder Vorwärmofen (5) in möglichst geringem Abstand hinter der Kühlstrecke (4), und diese in möglichst geringem Abstand hinter der Trennvorrichtung (3) angeordnet sind.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) von einem Gehäuse (9) umschlossen ist, das mit einer Absaugvorrichtung (10), z.B. einem Exhaustor, in Verbindung steht.
9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (4) mit einer Vielzahl von Hochdruck-
Wassersprühdüsen (7) ausgestattet ist, die den Gußstrang (6) allseitig umgeben.
10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszieh- und Richtmaschine (2), die Trennvorrichtung (3) und die Kühlstrecke (4) gemeinsam innerhalb einer ungeteilten Isolierhaube angeordnet sind.
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