EP2349612B2 - Verfahren und stranggiessanlage zum herstellen von dicken brammen - Google Patents

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EP2349612B2
EP2349612B2 EP09784060.7A EP09784060A EP2349612B2 EP 2349612 B2 EP2349612 B2 EP 2349612B2 EP 09784060 A EP09784060 A EP 09784060A EP 2349612 B2 EP2349612 B2 EP 2349612B2
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EP
European Patent Office
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strand
steel strand
guide
mold
arc radius
Prior art date
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EP09784060.7A
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French (fr)
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EP2349612B1 (de
EP2349612A1 (de
Inventor
Karl Moerwald
Paul Pennerstorfer
Michael Stiftinger
Josef Watzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould

Definitions

  • the invention relates to a method for producing thick steel slabs with a casting thickness exceeding 360 mm and a casting width exceeding 1000 mm in a continuous caster.
  • a continuous caster of the "vertical system or vertical bending system” type which has a long vertical strand guide part with a subsequent bending and straightening zone, is known from the publication of Dr.-Ing. Klaus Harste et al; "Construction of a new vertical caster at Dillinger Wegtentechnike”; MPT International 4/1998; Pp. 112-122 already known.
  • This casting plant the layout of which is shown in FIG. 8, enables the casting of steel strands with a casting width of 1400 to 2200 mm and a casting thickness between 230 and 400 mm.
  • an arc continuous caster is already known for casting a steel strand with a strand thickness in a range of 200 to 300 mm, with which slabs of good quality can be produced.
  • the metal strand is formed in an arched mold with a radius of curvature which lies in a range from 2.0 to 4.9 m and which corresponds to the radius of curvature in a first zone of the subsequent strand guide.
  • the steel strand is straightened again, which inevitably results in the formation of a trapezoidal cross-section of the steel strand.
  • This cross-sectional distortion becomes greater the greater the strand thickness and the smaller the radius of curvature in the curved mold and leads to quality problems in the subsequent rolling in the heavy-plate mill.
  • the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages of the known prior art and to propose a process for the production of thick steel slabs, the production of high quality steel strands and slabs with a casting thickness exceeding 360 mm with good internal quality, low susceptibility to cracking and extensive format accuracy is guaranteed.
  • Another aim of the invention is to keep the investment and operating costs low while the productivity of the casting plant is high.
  • an arched mold does not have the good conditions known from a straight mold for the introduction of the steel melt into the mold and for a uniform strand shell formation.
  • the need for a strand bend in a bending zone immediately after or at a short distance from the mold can largely or entirely be avoided. This reduces the risk of cracking in the edge or surface area of the strand.
  • a system with a curved mold has a lower overall height compared to a system with a straight mold with the same strand guide curved radius.
  • the curved mold used in the proposed method can be designed with a straight inlet section and a curved outlet section, the outlet section having a curvature corresponding to a predetermined mold bending radius.
  • the mold cavity of the arched mold can also be continuously curved with a constant mold arc radius. Variations of these embodiments are also possible.
  • the cast steel strand is transferred from the arc mold into the arc guide of the strand guide free of bending forces.
  • the mold arc radius of the cast steel strand when exiting the arched mold can be larger or smaller than the strand guide arc radius in the strand guide and the cast steel strand in a bending zone within the strand guide from the mold arc radius of the cast steel strand when exiting from the Curved mold to be bent to the strand guide curve radius in the strand guide.
  • This embodiment opens up the possibility of keeping the cast steel strand constant over a certain distance after its exit from the curved mold with the curvature impressed on it, which corresponds to the mold arc radius on the mold exit side, and then to make a strand bend to the strand guide arc radius within a bending zone or to carry out this bending process immediately after the exit of the steel strand from the arched mold.
  • the bending process is kept low when the strand shell thickness is still small.
  • Bending the cast steel strand down to a predetermined radius of curvature in a bending zone and bending back the cast steel strand in a straightening zone corresponds to the concept of known continuous slab casting plants and has proven itself as such. It is essential for the casting of thick slabs that both processes take place at times when the steel strand still has a liquid or partially liquid core, or it is necessary to regulate the cooling of the steel strand in the strand guide accordingly. With increasing strand thickness, the requirements for the most uniform possible cooling increase, which must necessarily be reflected in a temperature distribution that is as uniform as possible over the strand length and the strand width at a high temperature level, in order to ensure uniform elasticity of the strand and to avoid cracking as a result of temperature differences.
  • the desired temperature profile specified for the system control is determined by an entry surface temperature of the steel strand in the straightening zone of the strand guide.
  • the aim is to keep the steel strand, including the surface area, in a temperature range above the low ductility, which also minimizes the tendency to form surface cracks.
  • a system with a curved mold has a shorter strand length from the mold level to the straightening zone compared to a system with a straight mold with the same strand guide curved radius. Therefore, the time that the strand needs for this distance at the same casting speed is shorter than with a comparable system with a straight mold. Due to the shorter time available for cooling, it is possible to keep the surface temperature at a comparatively higher level. This minimizes the tendency for surface cracks to develop.
  • the proportion of the solid strand shell of the cast steel strand is a maximum of 95% of half the strand thickness during the re-bending phase in the straightening zone.
  • the aim is to mix the preferably partially solidified core zone close to the solidification point of the rod by reducing the thickness of the steel strand using a soft reduction or a dynamic soft reduction, thus achieving an improved microstructure in the core area of the slab and starting line segregation and porosity avoided.
  • a soft reduction in particular a dynamic soft reduction, is used on the cast steel strand in an area with a still liquid or partially liquid core of the steel strand with an adjusting device for strand guide rollers.
  • the cast steel strand is bent in a bending zone within the strand guide to an arc radius between 9.0 m and 15.0 m, held in a subsequent arc of the strand guide on this arc radius without further deformation and in a subsequent straightening zone within
  • the strand guide is straightened again starting from a curve radius between 9.0 m and 15.0 m.
  • this curve radius provides the best surface quality and minimization of cracks in the cast steel strand with simultaneous, precisely regulated cooling in these areas of the strand guidance.
  • the impact position of the coolant jets on the cooling of the cast steel strand Steel strand regulated at least in a partial area of the strand guide on the basis of a continuous determination of the temperature profile along the transport path of the steel strand and in normal planes thereto.
  • the amount of coolant applied to the steel strand in the strand guide up to the entry into the straightening zone is expediently regulated as a function of a predetermined temperature profile along the transport path of the steel strand and in a normal plane to it. This is intended to achieve a further increase in the accuracy of the temperature distribution over the surface of the steel strand.
  • the specified temperature profile takes into account the ductility properties of the steel grade to be cast.
  • a further stabilization of the cooling conditions is achieved if the controlled cooling of the cast steel strand takes place after the dry mode within the strand guide with the integration of peripheral-cooled strand guide rollers.
  • This avoids the need to take into account the cooling of the strand guide rollers as an essential element in dimensioning the intensity of the coolant application, or to align the intensity of the coolant application in individual areas with the needs of the strand guide rollers.
  • the strand surface temperature can be kept at a very high level, at least in the area up to the point where the steel strand is bent back.
  • the strand guide rollers are cooled almost exclusively by internal cooling of the strand guide rollers, the coolant being expediently guided through coolant channels in the roller jacket area as close as possible to the roller jacket surface.
  • non-metallic elements for example casting powder particles
  • the flow movement of the steel melt of the liquid core of the steel strand in the mold or in the area of the strand guide is influenced by an electromagnetic device.
  • an electromagnetic device In addition to an increased rise of the non-metallic accompanying substances to the bath level surface in the mold, there is a targeted mixing of the steel melt and a reduction in segregation tendencies.
  • the described method for producing thick steel strands is preferably used when the steel strand is cast with a casting thickness lying in a thickness range of 360 mm to 450 mm.
  • the metallurgical requirements and investment and operating costs of the casting plant are optimized if the exit-side mold arc radius of the arc mold is 8.0 to 20.0 m, excluding the specified value for the strand guide arc radius and the strand guide arc radius within the arc guide the strand guide is 9.0 to 15.0 m.
  • the cooling device in the strand guide is equipped with several independently controllable cooling zones across the casting width and / or with height-adjustable spray nozzles with controllable adjustment devices. This enables the strand edge temperature to be influenced in a targeted manner by regulating the amount of cooling water as a function of the width and / or by changing the distance between the spray nozzles and the steel strand surface and thus changing the lateral distance between the coolant jet and the steel strand edge.
  • One or more electromagnetic devices such as a stirring coil, for influencing the flow movement of the molten steel of the liquid core of the steel strand are arranged in the mold or in the area of the curved strand guide.
  • Peripherally cooled strand guide rollers are expediently arranged in the strand guide for supporting and guiding the steel strand.
  • the use of these peripheral-cooled strand guide rollers results in a significant decoupling of the different cooling requirements of the cast metal strand and the strand guide rollers, which are in direct line contact with the hot steel strand and are exposed to its radiant heat.
  • Figure 1 a schematic longitudinal section shows the structural design of a continuous caster for producing slabs from liquid steel for a casting thickness of 400 mm.
  • the continuous caster has an arched mold 1 with a curved mold cavity 1a. It is designed as an oscillating, internally cooled adjustable mold with wide side walls and narrow side walls and enables the casting of steel strands with different strand widths and possibly also different strand thicknesses.
  • the mold 1 is equipped with an electromagnetic device 2, such as a stirring coil or an electromagnetic brake, for influencing the flow movement of the steel melt in the liquid core of the cast steel strand.
  • a strand guide 3 adjoins the mold 1 and extends as far as a cutting device 4 designed as a flame cutting machine for cutting the steel strand into slabs.
  • the cast steel strand is supported and guided on its broad side walls in a narrow corset by driven and non-driven strand guide rollers 5 and diverted from a casting direction G determined by the mold arc radius RK into a horizontal transport direction T.
  • Groups of strand guide rollers 5 arranged on both sides of the steel strand are combined in strand guide segments 6.
  • the strand guide 3 comprises a series of successive sections with specific functions, the structure of which is essentially known.
  • the steel strand emerging from the mold 1 is transported along a circular arc with the strand guide arc radius RSt in a circular arc guide 9 and while maintaining this arc radius without applying any bending stresses.
  • the strand guide arc radius RSt here corresponds to the mold arc radius RK, which ensures transport without bending stress.
  • a straightening zone 10 following the circular arc guide 9 the steel strand is bent back and straightened.
  • the steel strand is then conveyed in a horizontal strand guide 11 to the dividing device 4.
  • the strand guide 3 comprises a series of successive sections with specific functions.
  • a curved strand support device 7 the steel strand emerging from the arched mold 1 is guided and supported in accordance with the mold arc radius RK without the application of bending stresses.
  • a first area of the strand support device 7 there is also a strand support with strand guide rollers 5 also on the narrow sides of the steel strand.
  • a subsequent bending zone 8 there is a progressive bending of the steel strand from the mold arc radius RK to the strand guide arc radius RSt of the subsequent arc guide 9.
  • the steel strand is transported further while maintaining the strand guide arc radius. The further transport of the steel strand takes place analogously to the embodiment in Figure 1 .
  • the cooling device 12 comprises, as in FIGS Figures 3 and 4 shown, between the strand guide rollers 5 positionable spray nozzles 13, which are independently adjustable in a normal plane N to the transport direction T at least in partial areas.
  • spray nozzles 13 provided with control valves 18 for regulating the amount of water.
  • the Adjusting devices 14 or the control valves 18 are controlled by a computing unit 15.
  • the strand guide rollers in these segments can be positioned in a wedge shape on the steel strand and thus enable a slight reduction in the thickness of the metal strand and an improvement in the metallurgical properties in the core zone of the steel strand.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dicken Brammen aus Stahl mit einer 360 mm überschreitenden Gießdicke und einer 1000 mm überschreitenden Gießbreite in einer Stranggießanlage.
  • Das Gießen von Stahlsträngen in Stranggießanlagen, bei denen der gegossene Stahlstrang nach seinem Austritt aus der Stranggießkokille in einer nachgeordneten Strangführung zuerst gebogen und anschließend wieder gerade gerichtet wird, wird mit zunehmender Strangdicke zunehmend schwieriger. Die während des Verformungsvorganges in der Strangschale auftretenden Zug- und Druckspannungen führen zu Rissbildungen im Strangkanten- und Oberflächenbereich des Stahlstranges. Es gibt daher bisher nur wenige Stranggießanlagen, mit denen Stahlstränge mit Strangdicken über 360 mm gegossen und Brammen in diesem Dickenbereich erzeugt werden können.
  • Derzeit besteht seitens der weiterverarbeitenden Industrie ein steigender Bedarf an Brammen in einem Dickenbereich von 360 bis 450 mm zur nachfolgenden Erzeugung von entsprechend dicken Grobblechen.
    • Stand der Technik
  • Eine Stranggießanlage vom Typ "Vertikalanlage oder Senkrecht-Abbiegeanlage", die einen langen vertikalen Strangführungsteil mit anschließender Biege- und Richtzone aufweist, ist aus der Veröffentlichung von Dr.-Ing. Klaus Harste et al; "Construction of a new vertical caster at Dillinger Hüttenwerke"; MPT International 4/1998; S. 112-122 bereits bekannt. Diese Gießanlage, deren Layout in Figur 8 dargestellt ist, ermöglicht das Gießen vom Stahlsträngen mit einer Gießbreiten von 1400 bis 2200 mm und einer Gießdicke zwischen 230 und 400 mm. Sie verfügt über eine sehr lange vertikale Strangführung mit Kühleinrichtungen für eine intensive Strangkühlung in diesem Abschnitt, um das nachfolgende Biegen und Richten des Stahlstranges bei durcherstarrtem Strang durchführen zu können. Dieses Anlagenkonzept führt zu einer großen Bauhöhe der Stranggießanlage von etwa 45 m und damit zu hohen Investitionskosten, speziell auch in der notwendigen Infrastruktur und zu schwierigen Instandhaltungsbedingungen. Bei Gießdicken von 400 mm beträgt die erzielbare Gießgeschwindigkeit etwa 0,3 m/min, wodurch die Produktivität pro Strang relativ gering ausfällt. Die geringe Gießgeschwindigkeit führt aber auch dazu, dass der gegossene Stahlstrang zum Richten nicht heiß genug gehalten werden kann und daher mit intensiver Kühlung unterhalb einer kritischen Temperatur gehalten werden muss, um Duktilitätsproblemen auszuweichen, die typischerweise in Temperaturbereichen von 600 bis 850°C auftreten.
  • Aus der DE 31 12 947 A1 ist bereits eine Bogenstranggießanlage zum Gießen eines Stahlstranges mit einer in einem Dickenbereich von 200 bis 300 mm liegenden Strangdicke bekannt, mit der Brammen in guter Qualität erzeugt werden können. Die Formung des Metallstranges erfolgt bei dieser Bogenstranggießanlage in einer Bogenkokille mit einem Krümmungsradius, der in einem Bereich von 2,0 bis 4,9 m liegt und der dem Krümmungsradius in einer ersten Zone der nachfolgenden Strangführung entspricht. In einer nachfolgenden sehr langen Richtzone wird der Stahlstrang wieder gerade gerichtet, wobei es zwangsweise zur Ausbildung eines trapezförmigen Querschnittes des Stahlstranges kommt. Diese Querschnittsverzerrung wird umso größer, je größer die Strangdicke und je geringer der Krümmungsradius in der Bogenkokille ist und führt zu Qualitätsproblemen bei der nachfolgenden Walzung im Grobblechwalzwerk.
  • Aus der Veröffentlichung
    Siemens: "First Ultra-Thick-Slab Caster in China - Siemens to Supply Shougang Qinhuangdao Works with Caster Capable of Casting 400-mm-Thick Slabs" 13. August 2008 (2008-08-13), Seiten 1-2, XP002565642,
    ist das Gießen eines Stahlstrangs mit einer Dicke von 400 mm durch eine Stranggießanlage mit einer geraden Kokille bekannt. Wie eine ultradicke Bramme durch eine Bogenkokille gegossen werden kann, geht aus dieser Schrift nicht hervor.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von dicken Brammen aus Stahl vorzuschlagen, wobei die Herstellung von qualitativ hochwertigen Stahlsträngen und Brammen bei einer 360 mm überschreitenden Gießdicke bei guter Innenqualität, geringer Rissanfälligkeit und weitgehender Formathaltigkeit gewährleistet ist.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Investitions- und Betriebskosten bei hoher Produktivität der Gießanlage gering zu halten.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen von dicken Brammen aus Stahl mit einer 360 mm überschreitenden Gießdicke und einer 1000 mm überschreitenden Gießbreite durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:
    • Gießen eines Stahlstranges mit noch flüssigem Kern in einer Bogenkokille mit einem zumindest über einen Teilbereich seiner Längserstreckung ausgangsseitig gekrümmt ausgerichteten Kokillenformhohlraum, wobei der gegossene Stahlstrang die Bogenkokille gekrümmt mit einem aufgeprägten Kokillen-Bogenradius verlässt,
    • Umlenken des gegossenen Stahlstranges von einer durch den Kokillen-Bogenradius bestimmten Gießrichtung in eine horizontale Transportrichtung und Stützen und Führen des Stahlstranges in einer Strangführung, die sich vom Austritt des Stahlstranges aus der Bogenkokille bis zum Eintritt in eine Zerteileinrichtung erstreckt,
    • Führen des Stahlstranges in einer Kreisbogenführung der Strangführung auf einem Strangführungs-Bogenradius von 9,0 bis 15,0 m,
    • Rückbiegen des gegossenen Stahlstranges von dem Strangführungs-Bogenradius auf einen geraden Stahlstrang bei noch flüssigem bzw. teilflüssigem Kern in einer Richtzone innerhalb der Strangführung,
    • kontinuierliches Kühlen des gegossenen Stahlstranges in der Strangführung, wobei das Kühlen des gegossenen Stahlstranges geregelt durch Aufbringen von Kühlmittel auf die Breitseiten des gegossenen Stahlstranges mit einer Kühleinrichtung in der Strangführung erfolgt,
    • Halten der Oberflächentemperatur des Stahlstranges in die Richtzone der Strangführung über dem Duktilitätstief der jeweiligen Stahlsorte,
    • Halten des Anteils der festen Strangschale des gegossenen Stahlstranges bei maximal 95% der halben Strangdicke während der Phase des Rückbiegens in der Richtzone,
    • Zerteilen des Stahlstranges auf Brammen vorbestimmter Länge in einer Zerteileinrichtung.
  • Eine Bogenkokille weist wegen ihrer gekrümmten Formgebung und der daraus resultierenden verringerten vertikalen Länge nicht die von einer geraden Kokille bekannt guten Bedingungen für die Einleitung der Stahlschmelze in die Kokille und für eine gleichmäßige Strangschalenbildung auf. Allerdings kann im Gegensatz zu einer geraden Kokille die Notwendigkeit einer Strangbiegung in einer Biegezone unmittelbar nach oder mit geringem Abstand zur Kokille weitgehend oder zur Gänze vermieden werden. Die Rissbildungsgefahr im Kanten- oder Oberflächenbereich des Stranges wird dadurch reduziert.
  • Weiters weist eine Anlage mit Bogenkokille im Vergleich zu einer Anlage mit gerader Kokille bei gleichem Strangführungs-Bogenradius eine geringere Bauhöhe auf.
  • Die beim vorgeschlagenen Verfahren eingesetzte Bogenkokille kann mit einem geraden Einlaufabschnitt und einem gekrümmten Auslaufabschnitt ausgebildet sein, wobei der Auslaufabschnitt eine Krümmung entsprechend einem vorbestimmten Kokillen-Biegeradius aufweist. Alternativ dazu kann der Formhohlraum der Bogenkokille auch durchgehend gekrümmt mit einem konstanten Kokillen-Bogenradius ausgestattet sein. Auch Variationen dieser Ausführungsformen sind möglich.
  • Wenn der Kokillen-Bogenradius des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille dem Strangführungs-Bogenradius der Kreisbogenführung in der Strangführung entspricht, wird der gegossene Stahlstrang frei von Biegekräften von der Bogenkokille in die Kreisbogenführung der Strangführung übergeleitet.
  • Günstige Produktionsbedingungen für einen gegossenen Stahlstrang oder für Brammen mit einer 360 mm überschreitenden Gießdicke, insbesondere bei einer Gießdicke in einem Dickenbereich von 360 bis 450 mm, werden erzielt, wenn der gegossene Stahlstrang in der Bogenkokille mit einem Kokillen- Bogenradius zwischen 9,0 m und 15,0 m erzeugt wird, in einer nachfolgenden Kreisbogenführung der Strangführung auf diesem Bogenradius ohne weitere Verformung gehalten wird und in einer nachfolgenden Richtzone innerhalb der Strangführung von einem Bogenradius (R) zwischen 9,0 m und 15,0 m wieder geradegerichtet wird.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform kann der Kokillen-Bogenradius des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille größer oder kleiner sein als der Strangführungs-Bogenradius in der Strangführung und der gegossene Stahlstrang in einer Biegezone innerhalb der Strangführung vom Kokillen-Bogenradius des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille auf den Strangführungs-Bogenradius in der Strangführung gebogen werden. Diese Ausführungsform eröffnet die Möglichkeit, den gegossenen Stahlstrang nach seinem Austritt aus der Bogenkokille mit der ihm aufgeprägten Krümmung, die dem kokillenausgangsseitigen Kokillen-Bogenradius entspricht, über eine bestimmte Wegstrecke konstant zu halten und anschließend eine Strangbiegung auf den Strangführungs-Bogenradius innerhalb einer Biegezone vorzunehmen oder diesen Biegevorgang auch unmittelbar nach dem Austritt des Stahlstranges aus der Bogenkokille vorzunehmen. Jedenfalls wird der Biegevorgang bei noch geringer Strangschalendicke gering gehalten.
  • Das Biegen des gegossenen Stahlstranges bis auf einen vorbestimmten Krümmungsradius in einer Biegezone und das Rückbiegen des gegossenen Stahlstranges in einer Richtzone entspricht dem Konzept bekannter Brammen-Stranggießanlagen und hat sich als solches bewährt. Wesentlich für das Gießen von dicken Brammen ist, dass beide Vorgänge zu Zeitpunkten stattfinden, bei denen der Stahlstrang noch einen flüssigen bzw. teilflüssigen Kern aufweist, bzw. es ist notwendig die Kühlung des Stahlstranges in der Strangführung dementsprechend zu regeln. Mit zunehmender Strangdicke steigen die Anforderungen an eine möglichst gleichmäßige Kühlung, die sich unbedingt in eine über die Stranglänge und die Strangbreite möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung bei hohem Temperaturniveau niederschlagen muss, um eine gleichmäßige Elastizität des Stranges zu gewährleisten und Rissbildungen in Folge von Temperaturunterschieden zu vermeiden.
  • Das angestrebte und der Anlagenregelung vorgegebene Temperaturprofil ist durch eine Eintrittsoberflächentemperatur des Stahlstranges in die Richtzone der Strangführung bestimmt. Damit soll der Stahlstrang inklusive des Oberflächenbereiches in einem Temperaturbereich gehalten werden, der oberhalb des Duktilitätstiefs liegt, womit die Neigung zur Ausbildung von Oberflächenrissen ebenfalls minimiert wird.
  • Eine Anlage mit Bogenkokille hat im Vergleich zu einer Anlage mit gerader Kokille bei gleichem Strangführungs-Bogenradius eine geringere Stranglänge vom Gießspiegel bis zur Richtzone. Daher ist auch die Zeit, die der Strang bei gleicher Gießgeschwindigkeit für diese Strecke benötigt, kürzer als bei einer vergleichbaren Anlage mit gerader Kokille. Aufgrund der kürzeren Zeit, die für eine Abkühlung zur Verfügung steht, ist es möglich die Oberflächentemperatur auf einem vergleichsweise höheren Niveau zu halten. Dies minimiert die Neigung zur Ausbildung von Oberflächenrissen.
  • Zweckmäßig beträgt der Anteil der festen Strangschale des gegossenen Stahlstranges maximal 95% der halben Strangdicke während der Phase des Rückbiegens in der Richtzone.
  • Nach einer zweckmäßigen Weiterentwicklung wird durch eine Dickenreduktion des Stahlstranges unter Anwendung einer Soft-Reduction oder einer dynamischen Soft-Reduction eine Durchmischung der vorzugsweise teilerstarrten Kernzone nahe dem Durcherstarrungspunkt des Stranges angestrebt und damit eine verbesserte Gefügestruktur im Kernbereich der Bramme erreicht und Ansätze zu Zeilenseigerungen sowie Porositäten vermieden. Dementsprechend wird eine Soft-Reduction, insbesondere eine dynamische Soft-Reduction, auf dem gegossenen Stahlstrang in einem Bereich mit noch flüssigem oder teilflüssigem Kern des Stahlstranges mit einer Anstellvorrichtung für Strangführungsrollen angewendet.
  • Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird der gegossene Stahlstrang in einer Biegezone innerhalb der Strangführung auf einen Bogenradius zwischen 9,0 m und 15,0 m gebogen, in einer nachfolgenden Kreisbogenführung der Strangführung auf diesem Bogenradius ohne weitere Verformung gehalten und in einer nachfolgenden Richtzone innerhalb der Strangführung ausgehend von einem Bogenradius zwischen 9,0 m und 15,0 m wieder geradegerichtet. Speziell für Gießdicken zwischen 360 und 450 mm liefert dieser Bogenradius bei gleichzeitiger, möglichst genau geregelter Kühlung in diesen Bereichen der Strangführung beste Oberflächenqualität und Rissminimierung am gegossenen Stahlstrang.
  • Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird beim Kühlen des gegossenen Stahlstranges die Auftreffposition der Kühlmittelstrahlen auf den Stahlstrang zumindest in einem Teilbereich der Strangführung auf der Grundlage einer kontinuierlichen Ermittlung des Temperaturprofils entlang des Transportweges des Stahlstranges und in Normalebenen dazu geregelt.
  • Zweckmäßig wird die auf den Stahlstrang in der Strangführung bis zum Eintritt in die Richtzone aufgebrachte Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Temperaturprofil entlang des Transportweges des Stahlstranges und in einer Normalebene dazu geregelt. Damit soll eine weitere Steigerung der Genauigkeit der Temperaturverteilung über die Stahlstrangoberfläche erreicht werden. Das vorgegebene Temperaturprofil berücksichtigt die Duktilitätseigenschaften der zu vergießenden Stahlsorte.
  • Eine weiterführende Stabilisierung der Kühlbedingungen wird erreicht, wenn das geregelte Kühlen des gegossenen Stahlstranges nach der Trockenfahrweise innerhalb der Strangführung unter Einbindung von peripheriegekühlten Strangführungsrollen erfolgt. Hierbei wird die Notwendigkeit, die Kühlung der Strangführungsrollen als ein wesentliches Element bei der Bemessung der Intensität der Kühlmittelaufbringung zu berücksichtigen, bzw. die Intensität der Kühlmittelaufbringung in Einzelbereichen nach den Bedürfnissen der Strangführungsrollen auszurichten, vermieden. Das bedeutet, dass die Strangoberflächentemperatur zumindest im Bereich bis zum Rückbiegen des Stahlstranges auf einem sehr hohen Niveau gehalten werden kann. Die Kühlung der Strangführungsrollen erfolgt hierbei nahezu ausschließlich durch eine Innenkühlung der Strangführungsrollen, wobei das Kühlmittel zweckmäßig im Rollenmantelbereich möglichst nahe der Rollenmanteloberfläche durch Kühlmittelkanäle geführt wird.
  • Zur Optimierung der Abscheiderate an nichtmetallischen Elementen, beispielsweise Gießpulverpartikel, im Bereich der Kokille und knapp darunter, ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsbewegung der Stahlschmelze des flüssigen Kerns des Stahlstranges in der Kokille oder im Bereich der Strangführung durch eine elektromagnetische Einrichtung beeinflusst wird. Neben einem verstärkten Aufsteigen der nichtmetallischen Begleitstoffe zur Badspiegeloberfläche in der Kokille kommt es zu einer gezielten Durchmischung der Stahlschmelze und zur Verringerung von Seigerungstendenzen.
  • Vorzugsweise wird das beschriebene Verfahren zum Herstellen dicker Stahlstränge angewendet, wenn der Stahlstrang mit einer in einem Dickenbereich von 360 mm bis 450 mm liegenden Gießdicke gegossen wird.
  • Wesentlich ist die Kombination einer Bogenkokille mit einer nachgeordneten Strangführung, mit einer Kreisbogenführung und mit einer Richtzone, die in Verbindung mit einer Kühleinrichtung zur geregelten Kühlung des Stahlstranges das Formen, den Transport und das Richten des gegossenen Stahlstranges bei flüssigem Kern und hohen Qualitätsanforderungen an den gegossenen Stahlstrang oder die Brammen im beanspruchten Dickenbereich sicherstellt.
  • Biegebeanspruchungen der Strangschale des die Bogenkokille verlassenden Stahlstranges werden vermieden, wenn der ausgangsseitige Kokillen-Bogenradius der Bogenkokille dem Strangführungs-Bogenradius der Kreisbogenführung innerhalb der Strangführung entspricht.
  • Eine Optimierung von metallurgischen Erfordernissen und Investitions- und Betriebskosten der Gießanlage für die Herstellung eines gegossenen Stahlstranges oder für Brammen mit einer 360 mm überschreitenden Gießdicke, insbesondere bei einer Gießdicke in einem Dickenbereich von 360 bis 450 mm, werden erzielt, wenn der Strangführungs-Bogenradius der Kreisbogenführung innerhalb der Strangführung 9,0 bis 15,0 m beträgt. Dementsprechend entspricht der gewählte Wert des Kokillen-Bogenradius dem gewählten Wert des Strangführungs-Bogenradius innerhalb dieses bevorzugten Bereiches.
  • Eine Optimierung von metallurgischen Erfordernissen und Investitions- und Betriebskosten der Gießanlage ergeben sich, wenn der ausgangsseitige Kokillen-Bogenradius der Bogenkokille 8,0 bis 20,0 m unter Aussparung des festgelegten Wertes für den Strangführungs-Bogenradius beträgt und der Strangführungs-Bogenradius der Kreisbogenführung innerhalb der Strangführung 9,0 bis 15,0 m beträgt.
  • In beiden Fällen bleibt die Bauhöhe der Gießanlage gering und es werden die Qualitätsvorgaben, die für gegossene Stahlstränge mit beispielsweise 200 - 250 mm Gießdicke zum Standard gehören, nahezu erreicht.
  • Die Kühleinrichtung in der Strangführung ist mit mehreren unabhängig regelbaren Kühlzonen über die Gießbreite und / oder mit höhenverstellbaren Spritzdüsen mit ansteuerbaren Verstelleinrichtungen ausgestattet. Damit ist eine gezielte Beeinflussung der Strangkantentemperatur durch eine breitenabhängige Regelung der Kühlwassermenge und / oder eine Veränderung des Abstandes der Spritzdüsen von der Stahlstrangoberfläche und damit eine Veränderung des seitlichen Abstandes des Kühlmittelstrahles von der Stahlstrangkante möglich.
  • Eine oder mehrere elektromagnetische Einrichtungen, wie beispielsweise eine Rührspule, zur Beeinflussung der Strömungsbewegung der Stahlschmelze des flüssigen Kerns des Stahlstranges sind in der Kokille oder im Bereich der gebogenen Strangführung angeordnet.
  • Zweckmäßig sind in der Strangführung zum Stützen und Führen des Stahlstranges peripheriegekühlte Strangführungsrollen angeordnet. Durch den Einsatz dieser peripheriegekühlten Strangführungsrollen kommt es zu einer wesentlichen Entkopplung des unterschiedlichen Kühlbedarf des gegossenen Metallstranges und der Strangführungsrollen, die im direkten Linienkontakt mit dem heißen Stahlstrang sind und seiner Strahlungswärme ausgesetzt sind.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch eine Stranggießanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch eine Stranggießanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 3
    die Anordnung von Spritzdüsen einer Kühleinrichtung in einer Strangführung,
    Fig. 4
    eine weitere Ausführungsform der Kühleinrichtung mit unabhängig regelbaren Kühlzonen.
    Ausführung der Erfindung
  • In Figur 1 ist in einem schematischen Längsschnitt der strukturelle Aufbau einer Stranggießanlage zum Herstellen von Brammen aus Flüssigstahl für eine Gießdicke von 400 mm veranschaulicht.
  • Die Stranggießanlage verfügt über eine Bogenkokille 1 mit gekrümmt ausgerichtetem Formhohlraum 1a. Sie ist als oszillierende, innengekühlte Verstellkokille mit Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden ausgebildet und ermöglicht das Gießen von Stahlsträngen mit unterschiedlicher Strangbreite und gegebenenfalls auch unterschiedlicher Strangdicke. Die Kokille 1 ist mit einer elektromagnetischen Einrichtung 2, wie einer Rührspule oder einer elektromagnetischen Bremse, zur Beeinflussung der Strömungsbewegung der Stahlschmelze im flüssigen Kern des gegossenen Stahlstranges ausgestattet.
  • An die Kokille 1 schließt eine Strangführung 3 an, die sich bis zu einer als Brennschneidmaschine ausgebildeten Zerteileinrichtung 4 zum Zerteilen des Stahlstranges in Brammen erstreckt. In der Strangführung wird der gegossene Stahlstrang an seinen Breitseitenwänden in einem engen Korsett von angetriebenen und nicht angetriebenen Strangführungsrollen 5 gestützt und geführt und von einer durch den Kokillen-Bogenradius RK bestimmten Gießrichtung G in eine horizontale Transportrichtung T umgeleitet. Gruppen von beiderseits des Stahlstranges angeordneten Strangführungsrollen 5 sind in Strangführungssegmenten 6 zusammengefasst.
  • Die Strangführung 3 umfasst eine Reihe von aufeinander folgenden Abschnitten mit bestimmten Funktionen, deren Aufbau im Wesentlichen bekannt ist. Der aus der Kokille 1 austretende Stahlstrang wird ohne Aufbringung von Biegebeanspruchungen entlang einem Kreisbogen mit dem Strangführungs-Bogenradius RSt in einer Kreisbogenführung 9 und unter Beibehaltung dieses Bogenradius transportiert. Der Strangführungs-Bogenradius RSt entspricht hierbei dem Kokillen-Bogenradius RK, wodurch der biegebelastungsfreie Transport gewährleistet ist. In einem ersten Abschnitt der Strangführung 3, unmittelbar im Anschluss an die Bogenkokille 1, erfolgt zusätzlich eine Strangstützung mit Strangführungsrollen 5 auch an den Schmalseiten des Stahlstranges. In einer der Kreisbogenführung 9 nachfolgenden Richtzone 10 erfolgt ein Rückbiegen und Geraderichten des Stahlstranges. Anschließend wird der Stahlstrang in einer Horizontalstrangführung 11 bis zur Zerteileinrichtung 4 gefördert.
  • Dieser strukturelle Aufbau kann durch verschiedene nicht dargestellte und nicht beschriebene Zusatzeinrichtungen zwischen und innerhalb der beschriebenen Abschnitte der Strangführung ergänzt werden.
  • Eine mögliche weitere Ausführungsform der Stranggießanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt. Auch hier umfasst die Strangführung 3 eine Reihe von aufeinander folgenden Abschnitten mit bestimmten Funktionen. In einer gebogenen Strangstützeinrichtung 7 wird der aus der Bogenkokille 1 austretende Stahlstrang ohne Aufbringung von Biegebeanspruchungen entsprechend dem Kokillen-Bogenradius RK geführt und gestützt. In einem ersten Bereich der Strangstützeinrichtung 7 erfolgt zusätzlich eine Strangstützung mit Strangführungsrollen 5 auch an den Schmalseiten des Stahlstranges. In einer nachfolgenden Biegezone 8 erfolgt ein progressives Biegen des Stahlstranges von Kokillen-Bogenradius RK auf den Strangführungs-Bogenradius RSt der nachfolgenden Kreisbogenführung 9. In der Kreisbogenführung 9 wird der Stahlstrang unter Beibehaltung des Strangführungs-Bogenradius weiter transportiert. Der weiterführende Transport des Stahlstranges erfolgt analog der Ausführungsform gemäß Figur 1.
  • In der Strangführung 3 wird der Stahlstrang mit seinem durch strichlierte Linien angedeuteten flüssigen Kern einer geregelten Kühlung unterzogen. Die Kühleinrichtung 12 umfasst, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, zwischen den Strangführungsrollen 5 positionierbare Spritzdüsen 13, die in einer Normalebenen N zur Transportrichtung T zumindest in Teilbereichen unabhängig regelbar sind. In jeder Kühlzone Z über der Gießbreite B sind entsprechend der Figur 3 höhenverstellbare Spritzdüsen 13 mit zugeordneten Verstelleinrichtungen 14, oder wie in Figur 4 dargestellt, Spritzdüsen 13 mit Steuerventilen 18 zur Regelung der Wassermenge vorgesehen. Die Verstelleinrichtungen 14 oder die Steuerventile 18 werden von einer Recheneinheit 15 angesteuert.
  • Einem oder mehreren der Strangführungssegmente 6, welche zwischen der Richtzone 10 und der Zerteileinrichtung 4 angeordnet sind, sind spezielle Anstellvorrichtungen 17 für Strangführungsrollen 5 zugeordnet. Diese Segmente bilden eine Soft Reduction Zone 16. Die Strangführungsrollen in diesen Segmenten können keilförmig an den Stahlstrang angestellt werden und ermöglichen damit eine geringe Dickenreduktion des Metallstranges und eine Verbesserung der metallurgischen Eigenschaften in der Kernzone des Stahlstranges.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Bogenkokille
    1a
    Kokillenformhohlraum
    2
    elektromagnetische Einrichtung
    3
    Strangführung
    4
    Zerteileinrichtung
    5
    Strangführungsrollen
    6
    Strangführungssegment
    7
    Strangstützeinrichtung
    8
    Biegezone
    9
    Kreisbogenführung
    10
    Richtzone
    11
    Horizontalstrangführung
    12
    Kühleinrichtung
    13
    Spritzdüsen
    14
    Verstelleinrichtung für Spritzdüsen
    15
    Recheneinheit
    16
    Soft Reduction Zone
    17
    Anstellvorrichtungen für Strangführungsrollen
    18
    Steuerventile
    RK
    Kokillen-Bogenradius
    RSt
    Strangführungs-Bogenradius
    G
    Gießrichtung
    T
    Transportrichtung
    Z
    Kühlzone
    B
    Gießbreite

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen von dicken Brammen aus Stahl mit einer 360 mm überschreitenden Giessdicke und einer 1000 mm überschreitenden Giessbreite in einer Stranggiessanlage, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    - Giessen eines Stahlstranges mit noch flüssigem Kern in einer Bogenkokille (1) mit einem zumindest über einen Teilbereich seiner Längserstreckung ausgangsseitig gekrümmt ausgerichteten Kokillenformhohlraum (1a) wobei der gegossene Stahlstrang die Bogenkokille gekrümmt mit einem aufgeprägten Kokillen-Bogenradius (RK) verlässt,
    - Umlenken des gegossenen Stahlstranges von einer durch den Kokillen-Bogenradius (RK) bestimmten Giessrichtung in eine horizontale Transportrichtung und Stützen und Führen des Stahlstranges in einer Strangführung (3), die sich vom Austritt des Stahlstranges aus der Bogenkokille bis zum Eintritt in eine Zerteileinrichtung (4) erstreckt,
    - Führen des Stahlstranges in einer Kreisbogenführung (9) der Strangführung (3) auf einem Strangführungs-Bogenradius (RSt) von 9,0 bis 15,0 m,
    - Rückbiegen des gegossenen Stahlstranges von dem Strangführungs-Bogenradius (RSt) auf einen geraden Stahlstrang bei noch flüssigem bzw. teilflüssigem Kern in einer Richtzone (10) innerhalb der Strangführung (3),
    - kontinuierliches Kühlen des gegossenen Stahlstranges in der Strangführung (3), wobei das Kühlen des gegossenen Stahlstranges geregelt durch Aufbringen von Kühlmittel auf die Breitseiten des gegossenen Stahlstranges mit einer Kühleinrichtung (12) in der Strangführung (3) erfolgt,
    - Halten der Oberflächentemperatur des Stahlstranges in die Richtzone (10) der Strangführung (3) über dem Duktilitätstief der jeweiligen Stahlsorte,
    - Halten des Anteils der festen Strangschale des gegossenen Stahlstranges bei maximal 95% der halben Strangdicke während der Phase des Rückbiegens in der Richtzone (10),
    - Zerteilen des Stahlstranges auf Brammen vorbestimmter Länge in einer Zerteileinrichtung (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der gegossene Stahlstrang frei von Biegekräften von der Bogenkokille in die Strangführung übergeleitet wird, wobei der Kokillen-Bogenradius (RK) des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille dem Strangführungs-Bogenradius (RSt) in der Strangführung (3) entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der gegossene Stahlstrang in der Bogenkokille mit einem Kokillen-Bogenradius (RK) zwischen 9,0 m und 15,0 m erzeugt wird, in einer nachfolgenden Kreisbogenführung (9) der Strangführung (3) auf diesem Bogenradius ohne weitere Verformung gehalten wird und in einer nachfolgenden Richtzone (10) innerhalb der Strangführung (3) von einem Bogenradius (R) zwischen 9,0 m und 15,0 m wieder geradegerichtet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kokillen-Bogenradius (RK) des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille größer oder kleiner ist als der Strangführungs-Bogenradius (RSt) in der Strangführung (3) und der gegossene Stahlstrang in einer Biegezone (8) innerhalb der Strangführung (3) vom Kokillen-Bogenradius (RK) des gegossenen Stahlstranges beim Austritt aus der Bogenkokille auf den Strangführungs-Bogenradius (RSt) in der Strangführung (3) gebogen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der gegossene Stahlstrang in der Biegezone (8) innerhalb der Strangführung (3) auf einen Bogenradius (R) zwischen 9,0 m und 15,0 m gebogen wird, in einer nachfolgenden Kreisbogenführung (9) der Strangführung (3) auf diesem Bogenradius ohne weitere Verformung gehalten wird und in einer nachfolgenden Richtzone (10) innerhalb der Strangführung (3) von einem Bogenradius (R) zwischen 9,0 m und 15,0 m wieder geradegerichtet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Kühlen des gegossenen Stahlstranges die Auftreffposition der Kühlmittelstrahlen auf den Stahlstrang auf der Grundlage einer kontinuierlichen Ermittlung des Temperaturprofils entlang des Transportweges des Stahlstranges und in Normalebenen dazu geregelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die auf den Stahlstrang in der Strangführung (3) bis zum Verlassen der Richtzone (10) aufgebrachte Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Temperaturprofil unter Berücksichtigung der Duktilitätseigenschaften der jeweiligen Stahlsorte entlang des Transportweges des Stahlstranges und in einer Normalebene dazu geregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    geregeltes Kühlen des gegossenen Stahlstranges nach der Trockenfahrweise unter Einbindung von peripheriegekühlten Strangführungsrollen (5) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Soft Reduction, insbesondere eine dynamische Soft Reduction auf dem gegossenen Stahlstrang in einem Bereich mit noch flüssigem oder teilflüssigem Kern des Stahlstranges mit einer Anstellvorrichtung für Strangführungsrollen (17) angewendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsbewegung der Stahlschmelze des flüssigen Kerns des Stahlstranges in der Kokille (1) oder im Bereich der Strangführung durch eine elektromagnetische Einrichtung (2) beeinflusst wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Stahlstrang mit einer Giessdicke bis 450 mm gegossen wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Stahlstrang mit einer Giessgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 1 ,0 m/min gegossen wird.
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