EP1478479A1 - Verfahren und vorrichtung zum stranggiessen und unmittelbaren verformen eines metall-, insbesondere eines giessstrangs aus stahlwerkstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum stranggiessen und unmittelbaren verformen eines metall-, insbesondere eines giessstrangs aus stahlwerkstoffen

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EP1478479A1
EP1478479A1 EP03702564A EP03702564A EP1478479A1 EP 1478479 A1 EP1478479 A1 EP 1478479A1 EP 03702564 A EP03702564 A EP 03702564A EP 03702564 A EP03702564 A EP 03702564A EP 1478479 A1 EP1478479 A1 EP 1478479A1
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EP
European Patent Office
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strand
deformation
casting
roller
section
Prior art date
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EP03702564A
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English (en)
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Axel Weyer
Dirk Letzel
Horst Gärtner
Wilfried Milewski
Adolf Zajber
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SMS Demag AG
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    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
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    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for continuous casting and direct deformation of a metal, in particular a casting strand made of steel materials, which has rectangular, block, pre-profile, billet or round format, guided after the continuous casting mold in a curved strand guide and with liquid Coolant is cooled secondarily and prepared for a uniform temperature field in the strand cross-section for the deformation process.
  • the object of the invention is to generate the necessary temperature distribution in the casting strand and thus to optimize the deformation operation. Ren and at the end to achieve a usable structure of final solidification.
  • the object is achieved according to the invention in that the casting strand is cooled by liquid coolant only in the longitudinal sections in which the casting strand is predominantly liquid in cross section, in that the casting strand is in a transition area in front of, in and / or behind a bending-straightening unit by isolating the respective heat-radiating outer surface in the temperature, essentially without liquid coolant, is further equalized by zone-wise heat radiation and that the casting strand is deformed on a dynamically variable reduction section due to a compressive strength measured via individual deformation rollers or roller segments, depending on the locally applicable compressive force becomes.
  • the advantages are a casting or cooling process with a changed solidification or temperature profile in the strand cross-section, which is better to prepare the deformation process, and a reduction process with a continuous or variable reduction process, which lead to a largely error-free structure of the final solidification.
  • the deformation process can be further optimized by forming the temperature field from elliptical, horizontally lying isotherms.
  • thermo image is formed uniformly in the transverse and longitudinal direction of the core area in the strand cross section.
  • Such a mode of operation is further supported by the fact that the casting strand is compressed in the transverse and longitudinal directions on the dynamically variable reduction section in the core area.
  • the lengths of the side edges of a polygonal strand cross-section play an important role in cooling the casting strand. It is therefore of considerable rather meaning that the deformation is depending on the strand format, the strand dimensions and / or the casting speed vvoorrggeennoommmmeenn ⁇ .
  • the shaping on the shaping path can be carried out according to two systems, in that the shaping is carried out by point pressing via individual shaping rollers or by approximate surface pressing using roller segments.
  • a further refinement of the method in the case of surface pressing consists in the fact that when tapering the roller segments for different steel grades, different conicities are used when deforming over roller segments.
  • the control or regulation the measurement and control technology of the deformation process.
  • the method described at the outset provides for regulation in such a way that several roller segments are set in the normal position or with constant taper or with progressive taper or with variable taper, which can be set by the regulation. Then, depending on the deformation resistance determined, it can be deformed.
  • the continuous or variable reduction curve is further supported in that the compression of the core area of the cast strand is regulated by detecting its resistance to deformation and / or the strand path.
  • a shape-preserving supporting measure also consists in the casting strand being supported and guided, at least during the deformation, by support rollers resting on both side surfaces.
  • the total amount of deformation energy supplied can be distributed by setting the rate of the reduction process to 0 to 14 mm / m.
  • the generic method for continuous casting with direct deformation is designed in terms of control technology in such a way that the current deformation rate is matched to the respective temperature of the casting strand and / or to the casting speed by continuously measuring the deformation resistance on the individual deformation rollers or on the individual roller segments and the position of the sump tip is determined on the basis of the respective contact force and the coolant volume, the contact force, the casting speed and / or the extension speed of the deformed casting strand are regulated.
  • Fixed initial values can also be obtained by first assigning a deformation rate with a fixed ratio to each deformation roller or roller segment.
  • the generic device for continuous casting with direct deformation is designed in such a way that a largely dry area, largely without liquid coolant, is connected to the curved strand guide with the spray device for liquid coolant, which acts as insulation against the dissipation of radiant heat, surrounding the cast strand in a targeted manner , and that a reduction section covering the area of the bending-straightening unit, upstream or downstream, consisting of individual, hydraulically adjustable deformation rollers or consisting of several hydraulically adjustable roller segments is provided.
  • a possibility of correction when the solidification cone tip migrates can also be compensated for by the fact that roller segments arranged in the strand running direction next to one or more fixed bending-straightening units can be displaced in the strand running direction or in the opposite direction.
  • each reduction roller segment has at least two pairs of rollers, of which at least one adjustable deformation roller is equipped with a piston-cylinder unit.
  • the different deformation forces can also be generated by the fact that, in the case of a rigidly arranged sub-deformation roller pair or a rigid sub-roller segment, the upper, adjustable deformation roller or the upper, adjustable roller segment in each case by means of two arranged one behind the other or in pairs outside the center line Piston-cylinder units are fitted per pair of rollers.
  • roller division on a roller segment is selected as a narrow division in the range from 150 to 450 mm.
  • bending-directing units arranged in the area of the radiation insulation are also insulated against heat radiation by the casting strand.
  • FIG. 1 is a side view of a continuous casting device, for example for billet formats
  • 2 shows an in-plane comparison shape change with an elliptical temperature field in stationary operation
  • FIG. 3 shows a perspective view of a section of a comparison shape change with an elliptical temperature field after the first stitch in the deformation path
  • FIG. 4 shows a first system of soft reduction with individual deformation rollers 5 shows a second system of the deformation section with roller segments
  • FIGS. 6-9 show different conicity settings of the roller segments
  • FIG. 10 shows a side view with several bending-straightening units and with the deformation section
  • FIG. 11 shows the deformation section in an alternative embodiment with individual driven deformation rollers
  • FIG. 12A shows a side view of a further alternative embodiment of the bending-straightening units and the roller segments
  • FIG. 13A shows a deformation stand in the normal position
  • FIG. 13B a deformation framework in the drive position and FIG. 13C the deformation framework with insulation.
  • the strand cross-section 1 a could, however, also be a rectangular, a block, a pre-profile or a round format.
  • the liquid steel material is cooled via a continuous casting mold 2 in a (curved) strand guide 3 with liquid coolant 4, for example water, and is regulated in a controlled manner to a uniform temperature field 5 in the strand cross section 1 a (cf. also FIG. 2).
  • liquid coolant 4 for example water
  • the curved strand guide 3 with a spray device 4a for the liquid coolant 4 is followed by a largely without liquid coolant 4, predominantly dry area 24, which serves as insulation 25 against the dissipation of radiant heat, specifically surrounding the casting strand 1, the possible insulation length in the longitudinal region indicated by arrows depending on the strand format 1d, the dimensions, the casting speed and the like.
  • dry area 24 can extend, for example, as shown, covering the transition area 7 liquid / dry to the bending / straightening unit 8 with an upstream or downstream reduction section 9.
  • the reduction section 9 consists of individual, hydraulically adjustable deformation rollers 10 or of several hydraulically adjustable roller segments 11, as can be seen in FIG. 1.
  • the casting strand 1 is deformed on the basis of this improved temperature distribution on a dynamically variable reduction section 9 and on the basis of a compressive strength measured via the individual shaping rollers 10 or one or more roller segments 11, depending on the locally applicable compressive force.
  • the temperature field 5 (FIG. 2) is formed uniformly in the transverse and longitudinal direction 1e of the core region 1c in the strand cross section 1a.
  • the casting strand 1 can be compressed in the transverse and longitudinal direction 1e on the dynamically variable reduction section 9 in the core region 1c (FIGS. 4 and 5). The deformation is dependent on the
  • the shaping can be carried out by line pressing (FIG. 4) over individual shaping rollers 10 or by approximate surface pressing over several roller segments 11 (FIG. 5).
  • the core area 1c is compressed up to a sump tip 1g.
  • different conicalities 15 can be used for different steel grades by appropriately positioning the roller segments 11.
  • FIG. 6 shows the “normal position” 16 of the roller segments 11, ie the taper is 0 °. Nevertheless, compression takes place.
  • FIG. 7 a constant taper 17 is set for all roller segments 11.
  • FIG. 8 shows the roller segment 11 to the next roller segment 11 a changing taper angle in the sense of progressive taper 18. It is also possible to regulate a variable taper 19 depending on the position of the sump tip 1g according to FIG. 9.
  • the compression of the core area 1c (FIGS. 4 and 5) of the casting strand 1 via the pressure cone 1h is first regulated by detecting the relevant deformation resistance and / or a covered strand path 20 (path detection). It is particularly expedient here for the temperature field 5 to be formed uniformly in the transverse and longitudinal directions 1e of the core region 1c. This results in so-called optimized isotherms 12.
  • the isotherms 12 run particularly flat.
  • the deformation resistance can, for example, under a single Deformation roller 10 can be measured by measuring the hydraulic pressure in a hydraulic line or other hydraulic component.
  • support rollers 22, which do not allow a width of the casting strand 1 on its outer surface 1b, are expediently arranged on the two outer surfaces 1b during the deformation.
  • the rate of the reduction process can be set to (currently) 0 to 14 mm per running meter of casting strand 1 and regulated.
  • the control procedure for a soft reduction also takes place: the current deformation rate is matched to the respective temperature of the casting strand 1 and / or to the (set) casting speed (for example 3.2 m / min).
  • the deformation resistance (for example via the hydraulic pressure) is continuously measured on the individual deformation rollers 10 or on the individual roller segments 11.
  • the position of the sump tip 1g is determined on the basis of the respectively determined contact force and, for example, the volume of the sprayed coolant 4, the contact force, the casting speed and / or the extension speed of the deformed casting strand 1 are regulated, so that the sump tip 1 g is in a desired position within the so that dynamic, variable reduction section 9 arrives.
  • each individual deformation roller 10 or each roller segment 11 can first be assigned a deformation rate which is in a fixed ratio, in accordance with the conicity system of FIGS. 6 to 9.
  • FIG. 10 in the strand running direction 23, in addition to one or more fixed bending-straightening units 8, there are several roller segments 11 on a common base plate 26.
  • the base plate 26 with the bending-straightening units 8 and the (four) roller segments 11 shown is limited can be moved back and forth in the area of a changed position of the sump tip and accordingly connected to the control.
  • Each of the (six) reduction roller segments 11 is equipped with at least two pairs of rollers 11a.
  • At least one adjustable deformation roller 10 is equipped with a piston-cylinder unit 27.
  • the upper, adjustable deformation roller 10 or the upper, adjustable roller segment 11 can each be arranged one behind the other by means of two on a center line 28 or piston-cylinder units 27 arranged in pairs outside the center line 28.
  • the roller division 29 (FIGS. 4 and 5) on a roller segment 11 is selected as a narrow division in the range from 200 to 450 mm with a roller diameter of 230 mm (roller segment 11) or 500 mm (individual deformation roller 10).
  • FIGS. 13A, 13B and 13C Such a single roller segment 11 for a billet format is shown in FIGS. 13A, 13B and 13C.
  • 13A, the drive 30 and the pair of rollers 11a are in the normal position.
  • 13B, the pair of rollers 11a and the drive 30 are shown in the drive position.
  • the insulation 25 in the area of the reduction section 9 can be seen in FIG. 13C.
  • the invention can also advantageously be used for the entire range of steel grades, such as, for example, stainless steel, quality steel and stainless steel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen und unmittelbaren Verformen eines Metall-, insbesondere eines Gießstrangs aus Stahl Werkstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen und unmittelbaren Verformen eines Metall-, insbesondere eines Gießstranges aus Stahlwerkstoffen, der Rechteck-, Block-, Vorprofil-, Knüppel- oder Rundformat aufweist, nach der Stranggießkokille in einer gebogenen Strangführung geführt und mit flüssigem Kühlmittel sekundär gekühlt und auf ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Strangquerschnitt für den Verformungsarbeitsgang geregelt vorbereitet wird.
Im allgemeinen wird beim Stranggießen von verschiedenen Stahlsorten und Abmessungen bzw. Formaten in der Sekundärkühlung das Augenmerk auf das Strangschalen-Wachstum und in einer Verformungsstrecke auf die Lage der Sumpfspitze gerichtet. So ist es bspw. aus der EP 0 804 981 bekannt, den Gießstrang in der Verformungsstrecke so weit zusammenzuquetschen, dass die gewünschte Enddicke entsteht. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Lage der Sumpfspitze zu ermitteln, von der aus die Verformungskraft auf einer Keilfläche liegend aufgebracht wird. Ein solches Verfahren ist jedoch relativ grob und nimmt keine Rücksicht auf den Zustand des zu erwartenden Gefüges. Die Ursache liegt in der ungenügenden Wärmeverteilung durch eine nachteilige Küh- lung und eine gleichmäßige Strangaufstützung bei ungleichmäßiger Wärmeabfuhr aus dem Strangquerschnitt. Eine Abstimmung der Sekundärkühlung auf die Strangstützung findet ebenfalls nicht statt. Um diese Verhältnisse zu verbessern, ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 100 51 959.8 vorgeschlagen worden, die Sekundärkühlung in ihrer geometrischen Ge- staltung dem Erstarrungsprofil des Gießstrangs an der folgenden Wegstrek- kenlänge des Gießstrangs jeweils analog anzupassen. Ebenfalls wurde die Strangstützung abhängig vom Erstarrungsprofil des Gießstrangs an der jeweils folgenden Wegstreckenlänge analog vermindert. Dabei werden die Eckbereiche des Gießstrangquerschnitts mit zunehmender Wegstreckenlänge weniger gekühlt als die Mittenbereiche. Dieses Verfahren realisierend werden die Spritzstrahlen in der Sekundärkühlung mit ihrem Spritzwinkel der Strangschalendicke derart angepasst, dass einer kleiner werdenden Sumpfbreite ein kleiner Spritzwinkel zugeordnet wird. Durch diese Maßnahmen wird bereits eine erhebliche Vergleichmäßigung der Temperatur im Strangquerschnitt über Schichten des Strangquerschnitts erreicht.
Bei diesem Erkenntnisstand hat der Erfinder der zuvor genannten, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung weiterhin erkannt, dass die Prozessdurchfüh- rung der sogenannten Soft-Reduction des Gießstrangs weiterhin optimiert werden muss. Dieser Erkenntnis liegt zugrunde, dass große Verformungswiderstände durch ungünstige Temperaturverteilung im gegossenen Knüppel bzw. im gegossenen Vorprofil mit unterschiedlichen Duktilitäten unterschiedliche Verformungswiderstände, unterschiedliche Dehnungen verursachen und da- durch zu Rissbildungen führen.
Eine Verbesserung der Innenqualität von Gießsträngen mit unterschiedlichen Querschnittsformen und Abmessungen, insbesondere hinsichtlich positiver Seigerungen, Kernporositäten und Kernauflockerungen, erfordert einen Redukti- ons-Prozess im Enderstarrungsbereich. Die bisherige Verfahrensweise, z.B. bei Knüppelquerschnitten, bewirkt eine kreisförmige Erstarrung mit kreisförmigen Isothermen im Querschnitt, die sich im Bereich des Biege-Richt-Treibers einstellen. Da bei einer solchen Temperaturverteilung nur eine Reduktion im Kern möglich ist, wird nur eine mechanisch beeinflusste Enderstarrung erreicht. Die Ergebnisse sind jedoch nicht zufriedenstellend und sehr starken Schwankungen unterworfen. Der Grund ist, dass der Bereich der Enderstarrung sehr schwer erfassbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die notwendige Temperaturverteilung im Gießstrang zu erzeugen und damit den Verformungsarbeitsgang zu optimie- ren und an dessen Ende ein brauchbares Gefüge der Enderstarrung zu erzielen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gießstrang durch flüssiges Kühlmittel nur in den Längsabschnitten gekühlt wird, in denen der Gießstrang im Querschnitt überwiegend flüssig ist, dass der Gießstrang in einem Übergangsbereich vor, in und / oder hinter einer Biege-Richt- Einheit durch Isolieren der jeweiligen Wärme abstrahlenden Außenfläche in der Temperatur, im wesentlichen ohne flüssiges Kühlmittel, weiter durch zonenweises Wärmeabstrahlen vergleichmäßigt wird und dass der Gießstrang auf einer dynamisch variablen Reduktionsstrecke aufgrund einer über einzelne Verformungsrollen oder Rollensegmente gemessenen Druckfestigkeit, abhängig von der örtlich anwendbaren Druckkraft, verformt wird. Die Vorteile sind ein den Verformungsprozess besser vorbereitendes Gieß- bzw. Abkühlungsverfahren mit einem veränderten Erstarrungs- oder Temperaturprofil im Strangquerschnitt und ein Reduktionsprozess mit kontinuierlichem bzw. variablen Reduktionsverlauf, die zu einem weitgehend fehlerfreien Gefüge der Enderstarrung führen.
Der Verformungs-Prozess kann weiterhin optimiert werden, indem das Temperaturfeld aus elliptischen, horizontal liegenden Isothermen gebildet wird.
Eine vorteilhafte differenzierte Voraussetzung wird außerdem noch dadurch geschaffen, dass das Temperaturbild gleichmäßig in Quer- und Längsrichtung des Kernbereichs im Strangquerschnitt ausgebildet wird.
Eine solche Arbeitsweise wird ferner dadurch unterstützt, dass der Gießstrang auf der dynamisch variablen Reduktionsstrecke im Kernbereich in Quer- und Längsrichtung verdichtet wird.
Eine wesentliche Rolle beim Abkühlen des Gießstrangs spielen die Längen der Seitenkanten eines polygonalen Strangquerschnitts. Es ist deshalb von erhebli- eher Bedeutung, dass das Verformen in Abhängigkeit des Strangformats, der Strangabmessungen und / oder der Gießgeschwindigkeit vvoorrggeennoommmmeenn \ wird.
Grundsätzlich kann das Verformen auf der Verformungsstrecke nach zwei Systemen durchgeführt werden, indem das Verformen durch Punktpressen über einzelne Verformungsrollen oder durch angenähertes Flächenpressen über Rollensegmente vorgenommen wird.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht beim Flächenpressen darin, dass beim Verformen über Rollensegmente für unterschiedliche Stahlgüten unterschiedliche Konizitäten beim Anstellen der Rollensegmente angewendet werden.
Ein weiterer, sehr bedeutender Teil der Erfindung kommt der Steuerung bzw. Regelung, der Mess- und Regeltechnik des Verformungsvorgangs zu. Das ein- gangs bezeichnete Verfahren sieht hierzu eine Regelung in der Weise vor, dass mehrere Rollensegmente in Normal-Position oder mit konstanter Konizität oder mit progressiver Konizität oder mit variabler Konizität angestellt werden, was durch das Regeln eingestellt werden kann. Danach kann je nach dem ermittelten Verformungswiderstand verformt werden.
Der kontinuierliche bzw. variable Reduktionsverlauf wird ferner dadurch unterstützt, dass das Verdichten des Kembereichs des Gießstrangs durch Erfassen seines Verformungswiderstandes und / oder des Strangweges geregelt wird.
Sodann wird eine weniger mechanisch beeinflusste Enderstarrung dadurch erreicht, dass beim Verformen näherungsweise horizontale Schichten im Strangquerschnitt, die gleiche Isothermen aufweisen, zusammengedrückt werden. Dabei besteht eine formerhaltende unterstützende Maßnahme noch darin, dass der Gießstrang zumindest während des Verformens durch auf beiden Seitenflächen anliegende Stützrollen gestützt und geführt wird.
Dabei kann eine Verteilung der insgesamt zugeführten Verformungsenergie dadurch erfolgen, dass die Rate des Reduktions-Prozesses auf 0 bis 14 mm / m eingestellt wird.
Das gattungsgemäß bezeichnete Verfahren zum Stranggießen mit unmittelbarem Verformen ist regelungstechnisch dahingehend gestaltet, dass die mo- mentane Verformungsrate auf die jeweilige Temperatur des Gießstrangs und / oder auf die Gießgeschwindigkeit abgestimmt wird, indem an den einzelnen Verformungsrollen oder an den einzelnen Rollensegmenten der Verformungswiderstand kontinuierlich gemessen wird und aufgrund der jeweiligen Anstellkraft die Lage der Sumpfspitze ermittelt und das Kühlmittel-Volumen, die An- stellkraft, die Gießgeschwindigkeit und / oder die Ausfahrgeschwindigkeit des verformten Gießstrangs geregelt werden.
Feststehende Ausgangswerte können noch dadurch erhalten werden, dass jeder Verformungsrolle oder jedem Rollensegment zunächst eine in einem festen Verhältnis stehende Verformungsrate zugeordnet wird.
Die gattungsgemäß bezeichnete Vorrichtung zum Stranggießen mit unmittelbarem Verformen ist dahingehend gestaltet, dass auf die gebogene Strangführung mit der Spritzeinrichtung für flüssiges Kühlmittel ein weitgehend ohne flüssiges Kühlmittel arbeitender, überwiegend trockener Bereich angeschlossen ist, der als Isolation gegen die Abfuhr von Strahlungswärme, den Gießstrang gezielt umgebend, dient und dass eine den Bereich der Biege-Richt-Einheit überdek- kende, vorgeschaltete oder nachgeschaltete Reduktionsstrecke, aus einzelnen, hydraulisch anstellbaren Verformungsrollen oder aus mehreren hydraulisch an- stellbaren Rollensegmenten bestehend, vorgesehen ist. Eine Korrekturmöglichkeit bei Wandern der Erstarrungskegelspitze kann auch dadurch aufgefangen werden, dass in Stranglaufrichtung neben einer oder mehreren feststehenden Biege-Richt-Einheiten angeordnete Rollensegmente in Stranglaufrichtung oder entgegengesetzt verschiebbar sind.
Innerhalb der Rollensegmente können unterschiedliche Verformungskräfte angewendet werden, indem jedes Reduktions-Rollensegment zumindest zwei Rollenpaare aufweist, von denen zumindest eine anstellbare Verformungs-Rolle mit einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgerüstet ist.
Die unterschiedlichen Verformungskräfte lassen sich auch dadurch erzeugen, dass bei einem starr angeordneten Unter- Verformungs-Rollenpaar oder einem starren Unter-Rollensegment die obere, anstellbare Verformungsrolle oder das obere, anstellbare Rollensegment jeweils mittels zwei auf der Mittenlinie hintereinander angeordnete oder paarweise außerhalb der Mittenlinie angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten pro Rollenpaar ausgestattet sind.
Eine weitere Maßnahme für eine vorteilhafte Verformungsstrecke wird dadurch erzielt, dass die Rollenteilung an einem Rollensegment als eine enge Teilung im Bereich 150 bis 450 mm gewählt ist.
Femer wird noch vorgeschlagen, dass im Bereich der Strahlungs-Isolation angeordnete Biege-Richt-Einheiten ebenfalls gegen Wärmeabstrahlung durch den Gießstrang isoliert sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung zum Verfahren und zur Vorrichtung mit der Verformungsstrecke gezeigt, die nachstehend näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Stranggießvorrichtung, bspw. für Knüppelformate, Fig. 2 eine in der Ebene liegende Vergleichsformänderung mit elliptischem Temperaturfeld im stationären Betrieb, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Vergleichsformänderung mit elliptischem Temperaturfeld nach dem ersten Stich in der Verformungsstrecke, Fig. 4 eine erstes System der Soft-Reduktion mit einzelnen Verformungsrollen, Fig. 5 ein zweites System der Verformungsstrecke mit Rollensegmenten, die Fig. 6-9 verschiedene Konizitäts-Anstellungen der Rollensegmente, Fig. 10 eine Seitenansicht mit mehreren Biege-Richt-Einheiten und mit der Verformungsstrecke,
Fig. 11 die Verformungsstrecke in alternativer Ausführungsform mit einzelnen angetriebenen Verformungsrollen, Fig. 12A eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführung der Biege-Richt-Einheiten und der Rollensegmente, Fig. 13A ein Verformungsgerüst in Normalstellung,
Fig. 13B ein Verformungsgerüst in Antriebsstellung und Fig. 13C das Verformungsgerüst mit einer Isolation.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Stranggießvorrichtung für ein Knüppel- Strangformat 1 d eines Gießstranges 1 dargestellt. Der Strangquerschnitt 1 a könnte jedoch ebenso ein Rechteck-, ein Block-, ein Vorprofil- oder ein Rund- Format sein.
Der flüssige Stahlwerkstoff wird über eine Stranggießkokille 2 in einer (geboge- nen) Strangführung 3 mit flüssigem Kühlmittel 4, bspw. Wasser, sekundär gekühlt und auf ein gleichmäßiges Temperaturfeld 5 im Strangquerschnitt 1 a geregelt eingestellt (vgl. auch Fig. 2). Dabei entsteht ein flüssig gekühlter Längsabschnitt 6 mit einer festen Schale und einem flüssigen Kernbereich 1c.
Auf die gebogene Strangführung 3 mit einer Spritzeinrichtung 4a für das flüssige Kühlmittel 4 folgt ein weitgehend ohne flüssiges Kühlmittel 4 arbeitender, überwiegend trockener Bereich 24, der als Isolation 25 gegen die Abfuhr von Strahlungswärme, den Gießstrang 1 gezielt umgebend, dient, wobei die mögliche Isolierungslänge im durch Pfeile angegebenen Längsbereich je nach Strangformat 1d, den Abmessungen, der Gießgeschwindigkeit u. dgl. Parameter erhalten wird. Der trockene Bereich 24 kann bspw. wie gezeichnet, den Übergangsbereich 7 flüssig / trocken überdeckend bis zur Biege-Richt-Einheit 8 mit einer vorgeschalteten oder nachgeschalteten Reduktionsstrecke 9 reichen. Die Reduktionsstrecke 9 besteht aus einzelnen, hydraulisch anstellbaren Verformungsrollen 10 oder aus mehreren hydraulisch anstellbaren Rollensegmenten 11 , wie in Fig. 1 sichtbar ist.
Das Verfahren aufgrund der vorstehend erläuterten Stranggießvorrichtung für flüssige Stahlwerkstoffe, wird nunmehr derart ausgeführt ( Fig. 2 und 3), dass der Gießstrang 1 durch das flüssige Kühlmittel 4 nur in flüssig gekühlten Längsabschnitten 6 angewendet wird, in denen der Gießstrang im Querschnitt 1a überwiegend flüssig oder noch flüssig ist. In einem Übergangsbereich 7, vor, in und / oder hinter der Biege-Richt-Einheit 8 wird die die Wärme abstrahlende Außenfläche 1b in der Temperatur, im wesentlichen ohne das flüssige Kühlmittel 4 isoliert, wodurch ein zonenweises Wärmeabstrahlen kältere Querschnitts- Teile, wie z.B. die Eckkanten 1f, weniger gekühlt und / oder gestützt werden als andere mit dem noch heißen oder flüssigen Kernbereich 1c verbundene Querschnitts-Teile. Dadurch wird die Wärmeverteilung im Strangquerschnitt 1 a vergleichmäßigt. Es entsteht das Temperaturfeld 5 mit elliptischen, im wesentlichen horizontal liegenden Isothermen 12 (Fig. 2 und 3).
Der Gießstrang 1 wird aufgrund dieser verbesserten Temperatur-Verteilung auf einer dynamisch variablen Reduktionsstrecke 9 und aufgrund einer über die einzelnen Verformungsrollen 10 oder einem oder mehreren Rollensegmenten 11 gemessenen Druckfestigkeit, abhängig von der örtlich anwendbaren Druckkraft, verformt. Das Temperaturfeld 5 (Fig. 2) wird gleichmäßig in Quer- und Längsrichtung 1e des Kernbereichs 1c im Strangquerschnitt 1 a ausgebildet.
Aufgrund der Isothermen 12 kann der Gießstrang 1 auf der dynamisch variablen Reduktionsstrecke 9 im Kernbereich 1c in Quer- und Längsrichtung 1e verdichtet werden (Fig. 4 und 5). Das Verformen wird in Abhängigkeit des
Strangformats 1 d, der Strangabmessungen 14 und / oder der jeweiligen Gießgeschwindigkeit in Längsrichtung 13 vorgenommen. Das Verformen kann durch Linienpressen (Fig. 4) über einzelne Verformungsrollen 10 oder durch angenähertes Flächenpressen über mehrere Rollensegmente 11 vorgenommen wer- den (Fig. 5). Dabei wird der Kernbereich 1c jeweils bis zu einer Sumpfspitze 1g verdichtet. Beim Verformen über Rollensegmente 11 können für unterschiedliche Stahlgüten unterschiedliche Konizitäten 15 durch entsprechendes Anstellen der Rollensegmente 11 angewendet werden.
In den Fig. 6 bis 9 sind solche Beispiele unterschiedlicher Konizitäten 15 dargestellt. Fig. 6 zeigt die „Normal-Position" 16 der Rollensegmente 11 , d.h. die Konizität beträgt 0°. Trotzdem findet ein Verdichten statt. In Fig. 7 ist eine konstante Konizität 17 für alle Roilensegmente 11 eingestellt. Hingegen zeigt Fig. 8 von Rollensegment 11 zum nächsten Rollensegment 11 einen sich ändernden Konizitätswinkel im Sinnprogressiver Konizität 18. Es ist außerdem möglich, abhängig von der Lage der Sumpfspitze 1g gemäß Fig. 9 eine variable Konizität 19 einzuregeln.
Das Verdichten des Kernbereichs 1c ( Fig. 4 und 5) des Gießstrangs 1 über die Druckkegel 1h wird zunächst durch Erfassen des betreffenden Verformungswiderstandes und / oder eines zurückgelegten Strangwegs 20 (Wegerfassung) geregelt. Besonders zweckmäßig ist hier die Ausbildung des Temperaturfeldes 5 gleichmäßig in Quer- und Längsrichtung 1e des Kernbereichs 1c. Dadurch erhält man sog. optimierte Isothermen 12. Die Isothermen 12 verlaufen dabei besonders flach. Der Verformungswiderstand kann bspw. unter einer einzelnen Verformungsrolle 10 durch Messen des hydraulischen Drucks in einer Hydraulikleitung oder einem anderen hydraulischen Bauteil gemessen werden.
In Querrichtung 1e des Strangquerschnitts 1a werden ( vgl. Fig. 2 und 3) vorteilhaft näherungsweise horizontale Schichten 21 , die gleiche Isothermen 12 aufweisen, verdichtet. Beim Verdichten der Kernporositäten können gleichzeitig vorhandene Seigerungen beseitigt werden. Beim Verdichten gibt dabei jeweils die noch wärmere und dadurch weichere Schicht 21 nach.
Wie in Fig. 12B gezeigt ist, sind zweckmäßigerweise während der Verformung auf beiden Außenflächen 1b anliegende Stützrollen 22 angeordnet, die ein Breiten des Gießstrangs 1 an seiner Außenfläche 1b nicht zulassen. Die Rate des Reduktionsprozesses kann auf (momentan) 0 bis 14 mm pro laufenden Meter Gießstrang 1 eingestellt und geregelt werden.
Im weiteren findet das Regelverfahren für eine Soft-Reduktion statt: Die momentane Verformungsrate wird auf die jeweilige Temperatur des Gießstrangs 1 und / oder auf die (eingestellte) Gießgeschwindigkeit ( bspw. 3,2 m / min ) abgestimmt. Hierzu wird an den einzelnen Verformungsrollen 10 oder an den einzelnen Rollensegmenten 11 der Verformungswiderstand ( bspw. über den hy- draulischen Druck) kontinuierlich gemessen. Aufgrund der jeweils ermittelten Anstellkraft wird die Lage der Sumpfspitze 1g ermittelt und bspw. das Volumen des gespritzten Kühlmittels 4, die Anstellkraft, die Gießgeschwindigkeit und / oder die Ausfahrgeschwindigkeit des verformten Gießstrangs 1 geregelt, so dass die Sumpfspitze 1 g in eine gewünschte Position innerhalb der damit dy- namischen, variablen Reduktionsstrecke 9 gelangt. Dabei kann jeder einzelnen Verformungsrolle 10 oder jedem Rollensegment 11 entsprechend dem Konizitäts-System der Fig. 6 bis 9 zunächst eine in einem festen Verhältnis stehende Verformungsrate zugeordnet sein.
Gemäß den Fig. 10 bis 13C sind die wesentlichen Baugruppen der Verformungstrecke 10 gezeigt. In Fig. 10 befinden sich in Stranglaufrichtung 23 neben einer oder mehreren feststehenden Biege-Richt-Einheiten 8 mehrere Rollensegmente 11 auf einer gemeinsamen Grundplatte 26. Die Grundplatte 26 mit den Biege-Richt- Einheiten 8 und den gezeigten (vier) Rollensegmenten 11 ist begrenzt im Be- reich einer veränderten Lage der Sumpfspitze 1 g hin- und her verschiebbar und dementsprechend an die Regelung angeschlossen.
Jedes der (sechs) Reduktions-Rollensegmente 11 ist mit zumindest zwei Rollenpaaren 11a ausgestattet. Zumindest eine anstellbare Verformungsrolle 10 ist mit einer Kolben-Zylinder-Einheit 27 ausgerüstet.
Wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist, kann bei einem starren Unter- Rollenverformungspaar 11a oder einem starren Unter-Rollensegment 11 die obere, anstellbare Verformungsrolle 10 oder das obere, anstellbare Rollenseg- ment 11 jeweils mittels zwei auf einer Mittenlinie 28 hintereinander angeordnet oder paarweise außerhalb der Mittenlinie 28 angeordnete Kolben-Zylinder- Einheiten 27 vorgesehen.
Die Rollenteilung 29 (Fig. 4 und 5 ) an einem Rollensegment 11 ist als eine en- ge Teilung im Bereich von 200 bis 450 mm gewählt bei einem Rollendurchmesser von 230 mm ( Rollensegment 11) oder 500 mm ( einzelne Verformungsrolle 10).
In den Fig. 13A, 13B und 13C ist ein solches einzelnes Rollensegment 11 für ein Knüppelformat dargestellt. In Fig. 13A befindet sich der Antrieb 30 und das Rollenpaar 11a in Normalstellung. In Fig. 13B sind das Rollenpaar 11a und der Antrieb 30 in Antriebsstellung gezeigt. In Fig. 13C ist die Isolation 25 im Bereich der Reduktionsstrecke 9 erkennbar. Die Erfindung kann vorteilhaft auch für die gesamte Stahlgütenpalette, wie bspw. für Edelstahle, Qualitätsstähle und nichtrostende Stähle eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Gießstrang
1a Strangquerschnitt
1b Außenfläche
1c Kernbereich
1d Strangformat
1e Quer- und / oder Längsrichtung
1f Eckkanten i g Sumpfspitze
1 h Druckkegel
2 Stranggießkokille
3 (gebogene) Strangführung
4 flüssiges Kühlmittel
4a Spritzeinrichtung
5 Temperaturfeld , Temperaturbild
6 flüssig gekühlter Längsabschnitt
7 Übergangsbereich
8 Biege-Richt-Einheit
9 dynamisch variable Reduktionsstrecke
10 Verformungsrolle
11 Rollensegment
11a Rollenpaar Isotherme
Längsrichtung
Strangabmessung unterschiedliche Konizitäten
Normal-Position konstante Konizität progressive Konizität variable Konizität
Strangweg horizontale Schicht gleicher Temperatur
Stützrollen
Stranglaufrichtung trockener Bereich
Isolation
Grundplatte
Kolben-Zylinder-Einheit
Mittenlinie
Rollenteilung
Antrieb

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Stranggießen und unmittelbaren Verformen eines Metall-, insbesondere eines Gießstranges ( 1) aus Stahlwerkstoffen, der Recht- eck-, Block-, Vorprofil-, Knüppel- oder Rundformat aufweist, nach der
Stranggießkokille (2) in einer gebogenen Strangführung (3) geführt und mit flüssigem Kühlmittel (4) sekundär gekühlt und auf ein gleichmäßiges Temperaturfeld (5) im Strangquerschnitt (1 a) für den Verformungsarbeitsgang geregelt vorbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) durch flüssiges Kühlmittel (4) nur in den Längsabschnitten (6) gekühlt wird, in denen der Gießstrang (1 ) im Querschnitt (1 a) überwiegend flüssig ist, dass der Gießstrang (1) in einem Übergangsbereich (7) vor , in und / oder hinter einer Biege-Richt-Einheit (8) durch Isolieren der jeweiligen Wärme abstrahlenden Außenfläche (1 b) in der Temperatur, im wesentlichen ohne flüssiges Kühlmittel (4), weiter durch zonenweises Wärmeabstrahlen vergleichmäßigt wird und dass der Gießstrang (1 ) auf einer dynamisch variablen Reduktionsstrecke (9) aufgrund einer über einzelne Verformungsrollen (10) oder Rollensegmente (1 1 ) gemessenen Druckfestigkeit, abhängig von der örtlich anwendbaren
Druckkraft, verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturfeld (5) aus elliptischen, horizontal liegenden Isothermen (12) gebildet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbild (5) gleichmäßig in Quer- und Längsrichtung (1e) des Kernbereichs (1c) im Strangquerschnitt (1a) ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) auf der dynamisch variablen Reduktionsstrecke (9) im Kernbereich (1c) in Quer- und Längsrichtung (1e) verdichtet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen in Abhängigkeit des Strangformats (1d), der Strangabmessungen (14) und / oder der Gießgeschwindigkeit vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen durch Punktpressen über einzelne Verformungsrollen (10) oder durch angenähertes Flächenpressen über Rollensegmente (1 1 ) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verformen über Rollensegmente (1 1 ) für unterschiedliche Stahlgüten unterschiedliche Konizitäten (15) beim Anstellen der Rollensegmente (1 1 ) angewendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rollensegmente (1 1 ) in Normal-Position (16) oder mit kon- stanter Konizität (17) oder mit progressiver Konizität (18) oder mit variabler Konizität (19) angestellt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten des Kernbereichs (1c) des Gießstrangs (1) durch
Erfassen seines Verformungswiderstandes und / oder des Strangweges (20) geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verformen näherungsweise horizontale Schichten (21) im Strangquerschnitt (1a), die gleiche Isothermen (12) aufweisen, zusammengedrückt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) zumindest während des Verformens durch auf beiden Außenflächen ( 1b) anliegende Stützrollen (22) gestützt und geführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rate des Reduktions-Prozesses auf 0 bis 14 mm / m eingestellt wird.
13. Verfahren zum Stranggießen und unmittelbaren Verformen eines Metall-, insbesondere eines Gießstrangs (1 ) aus Stahlwerkstoffen, der ein Poly- gonal-Format oder ein Rund-Format aufweist, nach der Stranggießkokille (2) in einer gebogenen Strangführung (3) geführt und mit flüssigem Kühlmittel (4) sekundär gekühlt und auf ein gleichmäßiges Temperaturfeld (5) im Strangquerschnitt (1 a) für den Verformungsarbeitsgang gere- gelt vorbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Verformungsrate auf die jeweilige Temperatur des Gießstrangs (1) und / oder auf die Gießgeschwindigkeit abgestimmt wird, indem an den einzelnen Verformungsrollen (10) oder an den einzelnen Rollensegmenten (11) der Verformungswiderstand kontinuierlich gemessen wird und aufgrund der jeweiligen Anstellkraft die Lage der Sumpfspitze (1g) ermittelt und das Kühlmittel-Volumen, die Anstellkraft, die Gießgeschwindigkeit und / oder die Ausfahrgeschwindigkeit des verformten Gießstrangs(l) geregelt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verformungsrolle (10) oder jedem Rollensegment (1 1) zunächst eine in einem festen Verhältnis stehende Verformungsrate zuge- ordnet wird.
15. Vorrichtung zum Stranggießen mit unmittelbarer Verformung eines Metall-, insbesondere eines Gießstranges (1 ) aus Stahl Werkstoffen, der Rechteck-, Block-, Vorprofil-, Knüppel- oder Rundformat (1 d) aufweist, mit einer in Stranglaufrichtung (23) nach der Stranggießkokille (2) gebogenen Strangführung (3) und eine Spritzeinrichtung (4a) für flüssiges Kühlmittel (4), eine Biege-Richt-Einheit (8) und eine Regeleinrichtung für ein gleichmäßiges Temperaturfeld (5) im Strangquerschnitt (1 a) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gebogene Strangführung (3) mit der Spritzeinrichtung (4a) für flüssiges Kühlmittel (4) ein weitgehend ohne flüssiges Kühlmittel (4) arbeitender , überwiegend trockener Bereich (24) angeschlossen ist, der als Isolation (25) gegen die Abfuhr von Strahlungswärme, den Gieß- sträng (1) gezielt umgebend, dient und dass eine den Bereich der Biege-
Richt-Einheit (8) überdeckende, vorgeschaltete oder nachgeschaltete Reduktionsstrecke (9), aus einzelnen, hydraulisch anstellbaren Verformungsrollen (10) oder aus mehreren hydraulisch anstellbaren Rollensegmenten (11) bestehend, vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Stranglaufrichtung (23) neben einer oder mehreren feststehenden Biege-Richt-Einheiten (8) angeordnete Rollensegmente (11) in Stranglaufrichtung (23) oder entgegengesetzt verschiebbar sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Reduktions-Rollensegment (11 ) zumindest zwei Rollenpaare (11 a) aufweist, von denen zumindest eine anstellbare Verformungs- Rolle (10) mit einer Kolben-Zylinder-Einheit (27) ausgerüstet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem starr angeordneten Unter- Verformungs-Rollenpaar (1 1 a) oder einem starren Unter-Rollensegment (1 1) die obere, anstellbare Verformungsrolle (10) oder das obere, anstellbare Rollensegment (1 1 ) jeweils mittels zwei auf der Mittenlinie (28) hintereinander angeordnete oder paarweise außerhalb der Mittenlinie (28) angeordnete Kolben- Zylinder-Einheiten (27) pro Rollenpaar (1 1 a) ausgestattet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenteilung (29) an einem Rollensegment (1 1 ) als eine enge Teilung im Bereich 150 bis 450 mm gewählt ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Strahlungs-Isolation (25) angeordnete Biege-Richt- Einheiten (8) ebenfalls gegen Wärmeabstrahlung des Gießstrangs (1) isoliert sind.
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