EP2849903B1 - Verfahren und strangführung zur beeinflussung der erstarrung des teilweise noch flüssigen kernes während des stranggiessens - Google Patents

Description

• 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 wirkende 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.
  Aus der Druckschrift US 2003/0041999 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kerns von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens bekannt. Dabei wird periodisch die erstarrte Strangschale mittels eines Rüttelapparates mit Vibrationen beaufschlagt.
  Die Druckschriften WO 98/50185 A1 und DE 10 2006 016 375 A1 offenbaren Verfahren, bei welchen periodisch eine Kraft auf die Breitseite des Stranges ausgeübt wird. Dadurch kann ebenfalls die Erstarrung des gegossenen Stranges beeinflusst werden.
• 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, wobei periodisch eine Kraft- bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt und die Kraft- bzw. Wegeinwirkung in im Produktionsfluss hintereinander liegenden benachbarten Bereichen im Gegentakt erfolgt, und die Oberrahmen der die Kraft-bzw. Wegeinwirkung bewirkenden Segmente nicht parallel verfahren, sondern gekippt bewegbar sind und wobei die Segmente gegen die Widerstände des Stranges die Oszillationsvorgänge erzeugen. Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.
• 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. ℓ = 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 $$\mathrm{v}=\mathrm{V}*\mathrm{e}*\mathrm{\omega }=\mathrm{V}*2*\mathrm{\pi }*\mathrm{e}*\mathrm{f}$$

  

  und $$\mathrm{V}={\mathrm{A}}_{\mathrm{Seg}}/{\mathrm{A}}_{\mathrm{fl}}=\left(\mathcal{l}*{\mathrm{b}}_{\mathrm{fl}}\right)/\left({\mathrm{d}}_{\mathrm{fl}}*{\mathrm{b}}_{\mathrm{fl}}\right)=\mathcal{l}/{\mathrm{d}}_{\mathrm{fl}}$$

  

  mit

v

Strömungsgeschwindigkeit

V

Verstärkungsfaktor = Verhältnis der wirksamen Flächen bzw. Längen

e

Oszillationsamplitude

ω

Kreisfrequenz der Oszillation

f

Oszillationsfrequenz

A_Seg

Klemmfläche des Segments

A_fl

Querschnittsfläche des flüssigen Stranginhaltes

ℓ

Klemmlänge des Segmentes

d_fl

Querschnittshöhe des flüssigen Stranginhaltes

b_fl

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 (3)

1. Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung des teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens, wobei periodisch eine Kraft-bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt und
   die Kraft- bzw. Wegeinwirkung vibrierend erfolgt,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Kraft- bzw. Wegeinwirkung in im Produktionsfluss hintereinander liegenden benachbarten Bereichen im Gegentakt erfolgt und
   die Oberrahmen der die Kraft-bzw. Wegeinwirkung bewirkenden Segmente nicht parallel verfahren, sondern gekippt bewegbar sind,wobei
   die Segmente gegen die Widerstände des Stranges die Oszillationsvorgänge erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   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.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
   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.