EP2849903A1 - Verfahren und strangführung zur beeinflussung der erstarrung des teilweise noch flüssigen kernes während des stranggiessens - Google Patents

Verfahren und strangführung zur beeinflussung der erstarrung des teilweise noch flüssigen kernes während des stranggiessens

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EP2849903A1
EP2849903A1 EP13720764.3A EP13720764A EP2849903A1 EP 2849903 A1 EP2849903 A1 EP 2849903A1 EP 13720764 A EP13720764 A EP 13720764A EP 2849903 A1 EP2849903 A1 EP 2849903A1
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EP
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strand
continuous casting
liquid core
force
solidification
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Horst Von Wyl
Holger Beyer-Steinhauer
Esra Erdem HORNAUER
Peter Müller
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SMS Group GmbH
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SMS Siemag AG
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Publication date
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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
    • 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing the solidification of the still partially liquid core of slabs and billets of steel during the continuous casting, and a strand guide for carrying out the method.
  • segments are known whose upper frame during casting in
  • a disadvantage of the first-mentioned devices or methods is the considerable additional expenditure on equipment and the considerable metallurgical effect.
  • the second-mentioned devices or methods only applications are known that have a static effect on the cast strand or whose dynamic effect on the cast strand serves metrological tasks and is designed only for such.
  • the object of the invention is the structure during the continuous casting
  • This object is achieved according to the invention with a method for influencing the solidification of the partially still liquid core of slabs and billets of steel during the continuous casting, which is characterized
  • Embodiments result from the dependent claims 2-7, as well as on the
  • V gain factor ratio of the effective areas or lengths
  • bfi cross-sectional width of the liquid strand content can be given a oscillation frequency of e.g. 2 Hz, the required oscillation amplitude can be determined to be at least 0.24 mm.
  • the ratio of the effective surfaces is less favorable, because a generally shorter segment length faces a significantly greater height of the flow cross section. It follows in this area that in order to achieve the same effect stroke amplitude, frequency or their product must be about 10 times larger than in the area of the sump tip.
  • volume change described results in a corresponding periodic change of the casting level.
  • Their negative effects can be compensated for by always oscillating two (or more) segments in push-pull mode and thus restricting the flow to (one) region (e) within the strand guide.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens. Dabei ist vorgesehen, dass periodisch eine Kraft- bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt.

Description

Verfahren und Strangführung zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes während des Stranggießens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens, sowie eine Strangführung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des noch flüssigen Kernes beim Stranggießen sind bekannt.
Hierzu gehören u. a. solche, bei denen mechanisch wirkenden Hammervibratoren angewandt werden, die in die Strangführung integriert sind (EP 2 174 734 A1, EP 2 258 499 A1).
Gemeinsam ist diesen, dass ein Einwirken auf die Schmalseiten erfolgt.
Weiterhin sind Segmente bekannt, deren Oberrahmen während des Gießens in
Dickenrichtung kontrolliert bewegt werden können (positionsgeregelte Segmente, bei SMS: CyberLink-Segmente, bei VAI: Smart-Segmente). Manche dieser Segmente sind in der Lage, diese Positionsregelung auch dynamisch zu vollziehen (CyberLink-Segmente).
Nachteilig bei den erstgenannten Einrichtungen bzw. Verfahren ist der erhebliche zusätzliche apparative Aufwand und die erhebliche metallurgische Auswirkung. Von den zweitgenannten Einrichtungen bzw. Verfahren sind bislang nur Anwendungen bekannt, die eine statische Wirkung auf den Gießstrang haben oder deren dynamische Wirkung auf den Gießstrang messtechnische Aufgaben bedient und auch nur für solche ausgelegt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Gefüge während des Stranggießens durch
vergleichsweise einfachere Mittel wirkungsvoll zu beeinflussen. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass periodisch eine Kraft- bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-7, sowie den auf die
Strangführung gerichteten Ansprüchen 8 und 9.
Erfindungsgemäß soll ein positiver Einfluss auf den Erstarrungsvorgang und die damit verbundenen Phänomene (Anreicherung von Verunreinigungen, Entmischung und unerwünschte Gefügeausbildung vor der Erstarrungsfront, Auflockerungen und
Hohlraumbildungen im Bereich der Enderstarrung) ausgeübt werden, und zwar unter weitestgehender Verwendung der ohnehin vorhandenen Strangführungskomponenten und ohne nachteilige metallurgische Auswirkungen (periodische Gießspiegelschwankungen).
Die durch die erfindungsgemäß ausgeübte periodische Kraftbeaufschlagung bzw.
Positionsveränderung entstehende Volumenänderung im flüssigen Kernbereich wird eine Strömung in Richtung auf den Meniskus (Badspiegel) erzeugt, die zu einem Brechen der Dendritenspitzen an der Solidusfront der Strangschale führt. Die dazu erforderliche Strömungsgeschwindigkeit wird in der Literatur auf etwa 0,3 bis 0,6 m/s eingeschätzt.
Um einen, dieser Einschätzung entsprechenden Mindestwert (0,3 m/s) zu erzielen, kann folgende Pump-Oszillationsbewegung des Oberrahmens ermittelt werden:
Beim Zusammenfahren wird das unter dem Oberrahmen befindliche Flüssigkeitsvolumen auf der gesamten Segmentlänge (z.B. I = 2000 mm) zusammengedrückt. Ausweichen kann es nur senkrecht zu der Einwirkungsrichtung , also auf den Badspiegel zu. Der dafür verfügbare Querschnitt wird durch die Dicke des flüssigen Sumpfes (im Mittel) bestimmt. Dieser ergibt sich aus der Strangdicke und der mittleren Schalendicke im betrachteten Intervall und beträgt nahe der Sumpfspitze beispielsweise 20 mm. Über die Beziehungen v = V * e * oo = V * 2 * Tr * e * f und V = Ase9 /Afl = (ί * be) / Cd« * be) = ί / d« mit v Strömungsgeschwindigkeit
V Verstärkungsfaktor = Verhältnis der wirksamen Flächen bzw. Längen
e Oszillationsamplitude
ω Kreisfrequenz der Oszillation
f Oszillationsfrequenz
Aseg Klemmfläche des Segments
An Querschnittsfläche des flüssigen Stranginhaltes
l Klemmlänge des Segmentes
dt, Querschnittshöhe des flüssigen Stranginhaltes
bfi Querschnittsbreite des flüssigen Stranginhaltes kann unter Voraussetzung einer Oszillationsfrequenz von z.B. 2 Hz die erforderliche Oszillationsamplitude zu mindestens 0,24 mm ermittelt werden.
Im oberen Bereich der Stranggießanlage ist das Verhältnis der wirksamen Flächen ungünstiger, weil einer in der Regel kürzeren Segmentlänge eine deutlich größere Höhe des Strömungsquerschnitts gegenüber steht. Daraus folgt in diesem Bereich, dass zur Erzielung der gleichen Wirkung Hubamplitude, Frequenz oder deren Produkt um etwa das 10-Fache größer sein müssen, als im Bereich der Sumpfspitze.
Durch die beschriebene Volumenänderung ergibt sich eine dementsprechende periodische Veränderung des Gießspiegels. Deren negative Auswirkungen kann man dadurch kompensieren, dass man immer je zwei (oder mehr) Segmente im Gegentakt oszilliert und so die Strömung auf (einen) Bereich(e) innerhalb der Strangführung beschränkt.
Starke Maulweitenänderungen können an der Grenze zu einem stehenden oder in
Gegenoszillation befindlichen Segment unzulässige Sprünge in den Referenzlinien der Segmente zur Folge haben. Diese "Segmentsprünge" werden vermieden, wenn die Oberrahmen der Segmente nicht parallel verfahren, sondern nur gekippt werden. Ziel der Kippbewegung ist die Vermeidung von sprunghaften Änderungen der Passline zwischen je zwei benachbarten oszillierenden Segmenten zugunsten einer lokalen geringfügigen Biegebeanspruchung in der Strangschale an dieser Stelle.
Die dadurch halbierte Volumenänderung muss dann durch eine größere Auslenkung aufgefangen werden.
Vorteile der Erfindung bestehen in
•einer Verbesserung der Innenqualität ähnlich einer Softreduction ohne Beschränkung auf die enderstarrungsnahe Zone im Bereich der Solid Fraction (Festphasenanteil) zwischen 0,1 und 0,9 sowie
©der Möglichkeit einer Gefügeverfeinerung auch im oberen Bereich der Anlage bzw. in den randnäheren Zonen des Stranges.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens,
dadurch gekennzeichnet,
dass periodisch eine Kraft- bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraft- bzw. Wegeinwirkung vibrierend erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraft- bzw. Wegeinwirkung derart gesteuert wird, dass im Wirkungsbereich - bezogen auf den noch flüssigen Kern des Stranges - eine periodische Volumenveränderung erzeugt wird, die zu einer gegen die Stranggießrichtung in Richtung auf den Badspiegel gerichteten Strömung des flüssigen Kernes führt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Produkt aus Oszillationsfrequenz und Oszillationsamplitude größer/gleich 0,48 mm/s (2 Hz * 0,24 mm) bis zu 20 mm/s beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraft- bzw. Wegeinwirkung in im Produktionsfluss hintereinander liegenden benachbarten Bereichen im Gegentakt erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberrahmen der die Kraft-bzw. Wegeinwirkung bewirkenden Segmente nicht parallel verfahren, sondern gekippt bewegbar sind.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente gegen die Widerstände des Stranges die Oszillationsvorgänge erzeugen.
8. Strangführung einer Stranggießanlage zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mindestens einem Segment der Strangführung dessen Haltezylinder so ausgelegt sind, dass während des Gießens der Oberrahmen eine dynamisch in Strangdickenrichtung veränderliche Position einnehmen kann, die eine Oszillationsbewegung ermöglicht.
9. Strangführung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren Segmenten der Oberrahmen eine veränderliche Positionen einnehmen kann, wobei die Segmente über Regler aufeinander abgestimmt beeinflussbar sind.
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