NO157808B - Kontinuerlig stoept staalbarre og fremgangsmaate for dens fremstilling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et nytt stopestålprodukt,

og særlig et nytt kontinuerlig stopt stålprodukt med jevn fordeling av sine bestanddeler, samt en fremgangsmåte for fremstilling av sådanne produkt. En onskelig egenskap for stål i nystopt tilstand er jevn fordeling innvendig i stålproduktet av de bestanddeler og forurensninger som normalt foreligger i stål. Disse begreper anvendes i foreliggende tekst i betydning som antas å være den vanlige mening med disse uttrykk på det foreliggende fagområde. Dette vil si at uttrykket "bestanddel" betyr en av de ingredienser som utgjor et kjemisk system, en fase eller kombinasjon av faser som opptrer i et karakteristisk sammenheng i en legerings mikrostruktur, mens uttrykket "forurensninger" betyr elementer eller forbindelser hvis nærvær ikke er onskelig i noe material. Sådanne bestanddeler, i den her anvendte betydning, vil da omfatte de materialer som er kombinert i et kjemisk system for å frembringe den spesielle ståltype som stopes, men vil ikke omfatte de forurensninger eller ubnskede elementer eller forbindelser som foreligger i det stopte metall. Ut-skillelse eller seigring av komponentene i stopt stål gjor imidlertid stålet i alle tilfeller mindre egnet for etterfolgende behandling, slik som smiing eller valsing til stenger og derpå trekning til tråd. I denne forbindelse anvendes også uttrykket "seigring" i den betydning som antas å være vanlig innenfor foreliggende fagområde, nemlig et uttrykk som anvendes ved henvisning til den ujevne fordeling eller konsentrasjon av bestanddeler (eller forurensninger) som opptrer under metallets storkning. En konsentrasjon eller akkumulering av forurensninger på forskjellige steder inne i metallet, betegnes f.eks. i faglitteraturen som seigring. Den seigring som opptrer mellom grenene av dendritter betegnes som finseigring eller mikroseigring, og materialsammensetningen kan således variere innenfor et enkelt krystall. Makroseigring opptrer omkring primære eller sekundære krympe-hulrom, slik som rbrhulrom, samt i lignende områder, oggir seg ofte tilkjenne som markerte linjer med en utpreget

rettvendt eller Omvendt konusform, hvilket fremtrer klart når vedkommende barre skjæres over og etses. Seigringssoner har en tendens til å opptre midt inne i stopegodset og vanligvis i den del som hovedsakelig opptas av likeaksede krystaller. Mikroseigring kan i blant overvinnes ved varmebehandling, men makroseigring består gjennom påfolgende varme- og bearbeidings-prosesser. Såkalt rbr-seigring opptrer omkring rorhulrom. Ved normal seigring i stål oppsamles de bestanddeler (losningsstoffer) i jernet (losningsmidlet) som utstbtes fra den stbrknede smelte ved den vandrende grenseflate mellom fast og flytende material, således at bestanddelene med lavest smeltepunkt konsentreres i de partier som stbrkner sist, men ved omvendt seigring gjor det motsatte forhold seg gjeldende, nemlig at smelte med hby konsentrasjon av losningsstoffer fanges inn mellom dendrittene, således at det frembringes en avtagende konsentrasjon av losningsstoffer fra barre-overflaten innover mot midtområdet. Omvendt seigring er således en konsentrasjon av bestanddeler eller forurensninger i hbyere grad nær ytterflåtene (til forskjell fra det indre) av en barre eller et stbpestykke. Tidligere kjente fremgangsmåter for stbping av stål har frembragt stbpestålprodukter med forholdsvis hby seigringsgrad av forurensninger og legeringsmaterialer inne i stbpestålet. På grunn av det hbye innhold av bestanddeler og forurensninger i stål, opptrer normalt omvendt seigring. En sådan ujevn fordeling av forurensninger og/eller legeringsbestanddeler i det stbpte stål gjor det onskelig at det totale innhold av sådanne bestanddeler i stålet nedsettes, således at en påfolgende behandling av det stbpte stål ikke forer til indre egenskaper og overflate-egenskaper som ikke kan aksepteres for det produkt som fremstilles av stbpestålet. En nedsettelse av det samlede forurensningsinnhold, krever imidlertid vanligvis en kostnadskrevende ytterligere raffinering av stålet fbr stbpingen og er i blant kommersielt uhensiktsmessig eller i det hele tatt upraktisk, mens i blant tilsats av spesielle stoffer (innbefattet legeringselementer) er onskelig eller nbdvendig.

Blant de forurensninger og legeringsbestanddelér i stål

som lett bliir gjenstand for seigring i tidligere kjente stålprodukter, er svovel, oksygen, fosfor, mangan,

silisium og karbon. Enhver vesentlig seigring i et stålprodukt vil gjore det mindre kommersielt anvendbart.

Sådan vesentlig seigring kan f.eks. gi ujevn strekkfasthet for stålet og gjore det mindre egnet for påfolgende trekning til tråd. Seigring av forurensninger i gassform kan fore til porose område nær oversiden av det stopte produkt, hvilket blant andre'ulemper gir dårligere overflate -kvalitet for stålplater (se Whitmore, B.C.' og Hlinka, J.W.:"Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process", Open Hearth Proceedings, 1969.) Alvorlig mikrbseigring av mangan vil gi problemer i mange sluttprodukter som er tilvirket av kontinuerlig stopte barrer på grunn av den utpregede virkning sådan seigring har på omvandlingen fra austenitt til perlitt/ bainitt/martensitt. Kontinuerlig stopte barrer som er valset til trådstenger har f.eks. ofte hbye konsentrasjoner av mangan i kjernen, hvilket vil fremme lokal dannelse av martensitt under stopning, og således forårsake hyppige brudd under den påfolgende trådtrekningsprosess.

Dette problem har lenge vært kjent på dette fagområde, men det har bare vært mulig å finne noen få publikasjoner som gir faktiske produksjonsdata. En sådan undersbkelse utfort av Hans Van Vuuren fra South African Iron and Steel Industrial Corporation, Ltd. (kopi på sidene 306 til 334 i Steelmaking Proceedings, bind 61, Chicago, april 16-20, 1978) beskriver en prosess for regulering av mikroseigring og dens virkning på det endelige stangformede produkt.

Van Vuuren har kommet frem til at sentralt martensitt vanligvis kan unngås i visse -trådstenger av stål ved å begrense det totale manganinnhold til hbyst 0,75% samt fosforinnholdet til hbyst 0,020%, hvorpå så nedkjølingen reguleres etter valseprosessen. Det er her ikke nevnt noe om mikroseigringsverdier for de kontinuerlig stopte stål-emner (ISCOR antas å starte med kontinuerlig stopning av et 205 x 315 mm stålemne i en Concast stopemaskin), men det endelige stangprodukt viste ved analyse mikroseigringsverdier for mangan fra 101,5 til 139,0% av grunnanalysen. på grunn av den kraftige termiske diffusjon i tids-intervallet mellom stoping og valsing, antas det at mikro-seigringsverdiene for mangan i det stopte stålemne ville ha vært meget stbrre enn i det endelige stangprodukt.

inntil nå har de tidligere kjente fremgangsmåter for å lose problemer i forbindelse med seigring (f.eks. trådbrudd) omfattet utbedring (f.eks. homogenisering) av mellom-produkter (f.eks. stenger) i stedet for å forsbke å unngå den innledende seigring under stbpingen. En av grunnene til dette antas å være at det er meget vanskeligere å regulere en kontinuerlig industriell stbpeprosess i hby produksj onstakt.

Ved tidligere kjente barrestbpningsmetoder, opptrer seigring under den langsomme - stbrkning av stålsmelten, idet forurensningene tillates å bevege seg under tyngdekraft-separasjon til oversiden av barren. For å oppnå hbyere stålkvalitet har det i blant vært nbdvendig å fjerne et konsentrert lag av forurensninger og/eller stbrkningshulrom på oversiden av barren for det stopte stål kunne utsettes for ytterligere behandling (se f.eks. "Recent Developments in Machine Scarfing of Continuous Cast and Rolled Steel", iron and Steel Engineer, januar 1978, side 68-71, samt US patentskrift nr. 4.155.399, spalte 1, linjene 61-68.

Fremgangsmåter for kontinuerlig stoping av stål er utviklet for å unngå håndtering av et stort antall barrer samt nødvendigheten av å fjerne et lag på oversiden av barren. Ved en fremgangsmåte som synes å være den mest hensikts-messige og kommersielt godtatte tidligere kjente metode for kontinuerlig stoping av stål, helles smeltet metall inn i en åpen, vertikalt anordnet stbpeform, utfort i godt ledende material, slik som kobber, hvori vann sirkuleres for å oppnå effektiv avkjbling. Etter hvert som de ytre områder av metallet stbrkner for å danne et skall av fast stål inntil stbpeformens vegg, trekkes en stålstreng langsomt ut fra bunnen av formen, mens smeltet metall kontinuerlig helles inn ved den ovre ende av stopeformen. En sådan prosess kalles ofte Junghans-prosess eller en prosess av Junghans/Rossi-type for kontinuerlig stoping og er med hell markedsfbrt f .eks. av Concast A.G. i Zttrich, Sveits samt Koppers Co., Inc. i USA. Et tidlig Junghans-patent er

US patent nr. 2.135.183. Selv i denne forbindelse kan det imidlertid være nodvendig å fjerne en barreoverflate for visse anvendelser, se US patentskrift nr. 4.155.399.

Ved den nevnte prosess av Junghans-type kan stopeformen svinges frem og tilbake over en kort strekning i vertikal-retningen, således at formen beveger seg sammen med stopestrengen under hvert utsving nedover for å oke varme-overgangen i de tidsavsnitt hvor det ikke foreligger noen relativ bevegelse mellom strengen og stopeformen. En sådan svingebevegelse oker den mulige stopehastighet, men frembringer ofte uonskede svingemerker eller ringer som strekker seg rundt stopegodsets overflate.

Når strengen forlater stopeformen, sproytes vann vanligvis mot overflaten av den halvstorknede streng for å fullfore dens storkning. For å nedsette den vertikale byggehoyde som er nodvendig for en stopemaskin av Junghans-type, har det vært anvendt foringsruller for å boye stopestrengen i en bue på omtrent 90° med en radius på f.eks. 12 m, hvor-etter strengen bbyes på nytt for å forlbpe horisontalt for oppkutting eller påfolgende behandling. For å unngå bbyning av strengen to ganger på denne måte, men likevel installere stbpemaskinen i en mindre bygning, er det utviklet krumme stbpeformer således at stopestrengen kan lbpe ut fra formen langs en bnsket krum bane og deretter rettes ut i et bbyetrinn til horisontal retning for oppkutting.

En meget opplysende utredning av vanlig kontinuerlig stål-stbping er gitt i desembernummeret for 1963 av Scientific

American magazine ved artikkelen "The Continuous Casting

of Steel", av L.V. Gallagher og B.S. Old, bind 209,

nr. 6, sidene 74-88.

Det vil således innses at stoping i henhold til kjent teknikk i vertikale stopeformer ikke raskt forandrer retningen av den storknede stålstreng (finner vanligvis sted over fem etasjer eller mer), samt tillater smeltet metall i strengens indre i visse tidsintervaller å forbli i horisontal stilling, slik som f.eks. beskrevet i US patentskrift nr. 3.542.115. Forurensninger vil således ha en mulighet til å flyte opp under storkningsprosessen og seigring vil således vanligvis finne sted, hvilket ofte kan observeres direkte i et tverrsnitt av en stålbarre med dimensjoner 10 x 10 cm, idet en seigringslinje opptrer omtrent 2,5 cm innover fra strengens indre radius.

På forskningsbasis har stål også blitt kontinuerlig stopt

i forholdsvis horisontale stopeformer, og dette er da utfort i stopemaskiner med dobbelt belte, som i prinsipp virker på lignende måte som den opprinnelige stopemaskin fra Hazelett Strip-Casting Corp., slik den er omtalt i US patentskrift nr. 2.640.235 (nevnt i den ovenfor angitte publikasjon av Whitmore og Hlinka). Disse to forfattere har da funnet at på grunn av tyngdekraftens påvirkning og fordi stålstrengen danner en vinkel på omtrent 20° med horisontalretningen under storkningen ved disse forsknings-arbeider, vil forurensningene i stålmaterialet ha en tendens til å stige opp og danne en klar seigringssone nær oversiden av stopegodset. Disse to forfattere angir at sammen med oksydstopegroper på stopegodsets overside ble det funnet indre oksydseigring ved makrotek-prover av tvers-gående snitt. Skjont graden av denne oksydseigring kunne variere, var rnaterialprofilen i prinsipp lik for alle undersokte stopestykker, og ut i fra disse data har forfatterne funnet at denne oksydseigring var tilstrekkelig alvorlig til å gi nedsatt overflatekvalitet for stålplater. Et antall mulige losninger ble provet, slik som eiket konsentrasjon på fjerning av stopeslagg, anvendelse av

stasjonære, vannkjølte demningskanter av kobber, anvendelse av nedsenkede materør etc, men forfatterne medgir at alle disse forsøk viste seg fruktløse. Man kom frem til at kraftige konsentrasjoner av seigringsoksyder ble innesluttet i det størknede støpestykke når støpeskallet på oversiden var av en tykkelse mellom 12 og 19 mm. Forfatterne fant av dette at støping i en vinkel på 20° førte til et metallurgisk produkt som ikke kunne godtas for platefremstilling fra Al-tettet eller vakuum-behandlet stål, fordi det ikke var mulig å finne noen måte å fjerne disse oksyder på og seigring av det innesluttede material fant sted i den øvre del av den støpte barre. Det ble foreslått å gå tilbake til drift av støpeformen i henhold til kjent teknikk (Junghans-type) og i vertikal stilling som en mulighet for å overvinne dette seigringsproblem. Det antas også at seigringsfordelingen av materialbestanddelene og forurensningene bort fra barrens midtområde også vil frembringe uforutsebare variasjoner i etterfølgende forsøk på materialbehandling, slik som varme-valsing av materialet.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det da et formål for foreliggende oppfinnelse å overvinne de ovenfor angitte ulemper ved å frembringe en stålbarre som i ferdigstøpt tilstand og sammenlignet med tidligere kjent teknikk er kjenne-tegnet ved en høy grad av fravær av seigring av mangan, oksygen, svovel og karbon.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen først og fremst ved en støpt stålbarre hvis særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger i at den har et svovelinnhold som målt over et tverrsnitt av barren og i forhold til dets middelverdi, har variasjonsområde mindre enn 0,004 % (40 ppm), fortrinnsvis mindre enn 20 ppm, og/eller et standardavvik mindre enn 0,0015 % beregnet ut fra vilkårlige empiriske data.

For å forsterke den gunstige virkning har da barren fortrinnsvis som ytterligere særtrekk at den over et tverrsnitt av barren og i forhold til middelverdien oppviser et variasjonsområde på mindre enn 25 ppm, fortrinnsvis mindre enn 20 ppm, for barrens oksygeninnhold, et variasjonsområde på mindre enn 400 % og fortrinnsvis mindre enn 275 % for barrens manganinnhold og et variasjonsområde for barrens karboninnhold på mindre enn 0,01 % og/eller et standardavvik mindre enn 0,004 %.

Oppfinnelsen gjelder også en fremgangsmåte for fremstilling av en kontinuerlig støpt stålbarre, og hvor stålsmelte helles fra en støpedigel anordnet på oversiden av et roterende støpehjul og ned i en støpeform som dannes av et omkretsspor i støpehjulet samt et dekkbånd som lukker sporets åpning, og størknet smelte trekkes ut fra støpeformen som endeløs støpt barre, idet fremgangsmåten har som særtrekk i henhold til oppfinnelsen at det for støpningen anvendes en sådan stålsmelte og sådanne støpebetingelser at den støpte barre over sitt tverrsnitt oppviser en variasjon av manganinnholdet mindre enn 400 % av det gjennomsnittlige manganinnhold, en variasjon av svovelinnholdet mindre enn 0,004 % av det gjennomsnittlige svovelinnhold, en variasjon av oksygeninnholdet mindre enn 0,002 % av det gjennomsnittlige oksygeninnhold og en variasjon av karboninnholdet mindre enn 0,01 % av det gjennomsnittlige karboninnhold.

Det oppnås da vesentlig forbedret strekkfasthet og bruddfor-lengelse i ubehandlet støpt tilstand enn ved Concast-støpte prøvestykker i henhold til kjent teknikk. For å måle leger-ingsbestanddelenes fordeling over barretverrsnittet ble stål som inneholdt omkring 0,46% karbon og omkring 0,98% mangan til barrer støpt både ved oppfinnelsens fremgangsmåte og ved den velkjente Concast-prosess i henhold til kjent teknikk. Prøvestykker av de nystøpte barrer ble skåret opp på tvers og små biter ble skåret ut på tilsvarende steder ved omkring halvparten av avstanden fra ytterkanten mot midten av barren. Hverken de beste eller de dårligste områder ble således ut-valgt for sammenligning. De små metallbiter ble montert for elektronisk mikrosonde-undersøkelse og analysert for å bestemme konsentrasjonen av de forskjellige legeringsbestanddeler langs en vilkårlig linje av en lengdeutstrekning på omkring 1800^um.

Denne fremgangsmåte er velkjent på foreliggende fagområde og antas å være den letteste måte å påvise mikroseigring i metaller. Prinsippielt går denne prosess ut på å bombardere prøvestykker med en elektronstråle med høy energi og liten diameter, hvilket får vedkommende prøvestykke til å avgi karakteristiske røntgenstråler tilsvarende konsentrasjonen av de nærværende elementer. Disse røntgenstråler analyseres ved at de avbøyes ved hjelp av et krystall for å utskille et element av gangén, hvorpå intensiteten av de enkelte utskilte strålekomponenter måles ved hjelp av en passende detektor. Konsentrasjonen av et spesielt element kan bestemmes ved å sammenligne den relative intensitet av den røntgenstrålekom-ponent som frembringes av elementet i prøvestykket med en kjent standard. For å oppnå størst mulig nøyaktighet, som ligger omkring 1/2% bør dette forhold korrigeres for absorp-sjon og fluorescens i forbindelse med de avgitt røntgen-stråler. Alternativt kan det midlere intensitetsnivå antas å representere den alminnelige konsentrasjon av vedkommende element som oppnås ved en kjemisk analyse, således at inten-sitetsvariasjonene direkte representerer variasjoner i forhold til dette gjennomsnittsnivå.

Når den sistnevnte fremgangsmåte anvendes for å sammenligne et antall prøvestykker, er det hensiktsmessig til hvert prøvestykke å tilordne en verdi som angir den midlere konsentrasjon av vedkommende legeringsbestanddel, således at kon-sentrasjonsvariasjonen i forhold til middelverdien kan fast-legges. Denne variasjon kan betegnes som mikroseigrings-verdien og uttrykkes som en viss prosent av grunnkonsentra-sjonen.

Resultater av sådanne analyser vil bli angitt i forbindelse med den etterfølgende figurbeskrivelse.

Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er at det nye produkt kan fremstilles ved hjelp av en kjent støpemaskin ved anvendelse av driftmetoder som ligger innenfor det eksperimentelle kompetanseområde for vanlige fagfolk på området. I praksis går dette ut på at det dannes en bevegelig krum støpeform ved dreining av et støpehjul med omkretsspor om sin midtakse, mens et dekkende bånd beveges i sin lengderetning til kontakt med omkretssporet på den øvre del av støpehjulet, idet båndet og hjulet beveges sammen rundt den nedre del av hjulet, og båndet derpå forskyves bort fra støpehjulet. På denne måte dannes en endeløs bevegelig støpeform av overflatetype, og smeltet stål helles ned i den krumme form som avkjøles for å få stålsmelten til å størkne i formen, hvorpå den støpte barre trekkes ut fra formen og normalt nedkjøles ytterligere ved anvendelse av utstyr for etteravkjøling av den støpte barre når den har kommet ut fra sin lukkede stilling i formen. Støpebarren rettes gradvis ut etter hvert som den beveges bort fra den krumme støpeform. I denne forbindelse henvises f.eks. til US patentskrifter nr. 3.623.535. og nr 359.348.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved følgende detalj-erte beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger hvorpå: Fig. 1 vier skjematisk et eksempel på et tidligere kjent apparat som er egnet for å frembringe støpeproduktet av stål i henhold til oppfinnelsen, idet dette apparat omfatter en støpemaskin med et dreibart støpehjul utført med et omkretsspor, samt et endeløst bånd som dekker eh del av sporlengden for dannelse av en lukket form over denne del av sporet. Fig. 2 er en grafisk fremstilling som viser svovel-fordelingen i en stålbarre som er stopt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser oksygen-fordelingen i en stålbarre som er stopt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er en grafisk fremstilling som viser oksygen-fordelingen i en stålbarre som er stopt i henhold til kjent teknikk ved Hazélett dobbelt-belte-prosess. Fig. 5 er en grafisk fremstilling som viser oksygen-fordelingen i en stålbarre som er stopt ved hjelp av en annen tidligere kjent prosess, nemlig en prosess av Junghans-type og særlig utfort i en Concast-maskin av den kommersielt heldige utforelse. Fig. 6 er en grafisk fremstilling som viser karbon-fordelingen i en stålbarre stopt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 er en histografisk fremstilling som sammenligner strekkfastheten for det nye stopeprodukt av stål i henhold til foreliggende oppfinnelse med et annet stopt stålprodukt frembragt ved en tidligere kjent prosess. Fig. 8 er en grafisk fremstilling som viser intensitets-variasjonen for røntgenstråler på grunn av mikroseigring av mangan i en stålbarre stopt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 er en grafisk fremstilling som viser intensitets-variasjonen for røntgenstråler på grunn av mikroseigring av mangan i en stålbarre stopt i henhold til kj:^nt teknikk ved Concast-prosessen.

Det skal nå henvises mer detaljert til tegningene, hvori samme tallhenvisninger angir tilsvarende deler i alle figurer. Fig. 1 viser et stopehjulapparat 10 for fremstilling av stbpeproduktet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Dette apparat er av samme art som beskrevet f.eks. i US patentskrift nr. 3.623.535. Stopehjulet 10

er utfort med et omkretsspor G, som over en del av stope-hjulets omkrets er tildekket av et endelost boyelig bånd eller belte for dannelse av en lukket form M. Det bbyelige bånd 11 holdes i anlegg mot en del av stbpehjulets omkrets ved hjelp av bærehjul 12, 13 og 14, og beveger seg sammen med hjulet 10 når dette dreies. Nær bærehjulet 12 for båndet og der hvor den lukkede form M begynner, tilfores smeltet stål fra en innlopsbeholder eller digel 16 til stopeformen M gjennom en innlopstut 16a. I den foretrukkeds utfbrelse avkjbles alle ytterflater av stopehjulet og båndet kontinuerlig ved påsproyting av et kjolefluid, idet de ytre deler av sporet og båndet avkjoles ved påsproytet kjolevæske fra munnstykker (ikke vist), eller fra kjole-hoder eller manifolder S2, S3, S4, mens innsiden av omkretssporet G nedkjoles ved hjelp av sproytevæske fra munnstykker på et kjblehode Sl. Den utsprbytede væske fra hvert munnstykke (eller gruppe av munnstykker) langs innsiden av omkretssporet kan innstilles hver for seg for å variere den mengde kjolevæske som sprbytes ut fra munnstykket, samt tilsvarende variasjon av nedkjblings-takten for det metall som befinner seg i stopeformen M. Tilfbrselen av kjolefluid til munnstykkene (eller gruppene av munnstykker) kan likeledes reguleres ved hjelp av innstillbare ventiler for å tillate start og stopp av kjblemiddelstrommen og tillate hensiktsmessig variasjon av den totale tilforte mengde kjblemiddel. Det henvises i denne forbindelse f.eks. til det kjblearrangement som foreslås av Southwire Company i US patentskrift nr. 3.279.000.

En utstrakt utrettingsområde 18 er anordnet utenfor og ovenfor det båndbærende hjul 14. Utrettingsområdet 18 tjener til å rette ut den stopte stålbarre B som kommer ut fra omkretssporet i stopehjulet 10 etter at barren har forlatt det lukkede område av formen M. Utrettingsområdet 18 omfatter et antall bærende foringsruller 19 som er montert på en bæreramme (ikke vist). Sideforingsruller (ikke vist) kan også anvendes i utrettingsområdet 18 for å holde den stopte stålbarre tilnærmet i et og samme vertikal-plan. Skjont de bærende foringsruller 19 enten kan drives eller være frittlopende, er det å foretrekke at i det minste noen av bærerullene 19 er drevet for å bidra til å rette ut stopebarren.

Ved den foretrukkede utforelse er et kjolehode 21 for etter-kjoling anbragt over og i nærheten av det båndbærende hjul 14 for å sprdyte ut kjolefluid direkte på den stopte stålbarre som trer ut fra den krumme stopeform M.

Ved drift av stbpeanlegget i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte, dreies stopehjulet 10 i retning mot urviseren mens smeltet stål tilfores fra digelen 16

gjennom innlopstuten 19a til den lukkede stopeform M som er dannet mellom omkretssporet G på stopehjulet og det boyelige bånd 11. Smeltet stål tilfores regulert på velkjent måte i henhold til konvensjonell støpeteknikk for jern og andre metaller, til stopeformen M i en sådan mengdestrdm at dreiningen av stopehjulet forer stålsmelten i formen M bort fra innlbpet 16a like fort som smeltet stål strbmmer gjennom innlbpet, for derved å bibeholde overflaten av det foreliggende forråd av smeltet stål på konstant nivå på innlbpssiden av formen M. Utlbpsenden av tuten 16a er anbragt så nær som mulig innlbpet til formen M for å tillate det smeltede stål å strbmme direkte fra tuten inn i metallsmelten i stopeformen.

Etter hvert som det smeltede stål fores rundt stopehjulet

10 inne istopeformen M, rettes kjolefluid mot formen fra munnstykkene på kjbleholdet Sl samt munnstykkene på de ytre hoder S2, S3 og S4, /.idet mengdes trommen av kjblemiddel, som tilfores bånd og stopehjul innstilles etter onske for å regulere nedkjolingen av det smeltede metall. I

henhold til den foretrukkede utforelse anordnes meget ensartet nedkjoling omkring og langs lengdeaksen av stopebarren, slik som f.eks. angitt i Southwire Company's US patentskrift nr. 3.279.000. Innledende rask avkjoling og storkning av metallsmelten finner sted mot innerflatene av stopehjulet og båndet, således at det dannes en skorpe eller et skall av storknet stål med likeakset korn-struktur. Fortsatt uttrekk av varme fra den delvis storknede barre frembringer så storkning av metallet inne i den smeltede kjerne på gradvis og jevn måte (jevn på hvert punkt rundt omkretsen) for dannelse av en dendrittisk eller hovedsakelig likeakset materialstruktur, avhengig av stålets overoppvarming, i retning fra den ytre skorpe mot midtområdet av den- faste stålbarre B.

Det stål som trenger inn i formen M som smeltet metall ved et ovre parti av stopehjulet,beveger seg i retning nedover omkring den nedre del av stopehjulet samt derpå i retning oppover inntil det forlater den lukkede del av stopeformen M nær det båndbærende hjul 14, og passerer så gjennom etterkjolingen av påsproytet kjolemiddel fra munnstykkene tilordnet kjolehodet 21, samt når så et kjole-hjul 15, hvorpå barren fores bort fra stopehjulet. Ved den foretrukkede utforelse overskrider ikke temperaturen på overflaten av det storknede stål ca. 1370°C når barren beveger seg ut fra innelukket stilling i stopeformen M, men er heller ikke lavere enn 1040 till090°C.

Den stopte barre som forlater stopehjulet har en form som tilsvarer krumningen av den krumme stopeform M, og barren rettes derfor gradvis ut ved at dens radius etter hvert okes når barren B beveger seg gjennom det utstrakte utrettingsområde 18. Foringsrullene 19 understotter barren 6g forer den gjennom dens utretningsbane på oversiden av stopehjulet 10, idet i det minste ett par av foringshjulene 18 fortrinnsvis er drevet for å trekke barren B i sin lengderetning ut fra stopehjulet 10. Den smeltede kjerne av barren B er fullstendig storknet i det minste ved det tidspunkt den passerer den utsproytede kjolevæske fra det siste munnstykke på kjolehodet 21, for derved å sikre at barren er fullstendig fast for den når frem til et punkt hvor den befinner seg på nivå med overflaten av smeltet metall ved innlopet til stopeformen M. Det smeltede metall i stålbarrens kjerne vil således ikke kunne stromme motsatt stopeformens bevegelse gjennom det ustorknede midtområdet av barren, således at det opptrer hulrom i barrens midtområde. Barren vil således være fast og metallurgisk hel for den loper inn i utrettingsområdet 18. Barrens temperatur like for utrettingen kan også reguleres ved å innstille mengde-strommen av kjolemiddel som tilfores fra kjolehodet 21, med det formål å regulere de indre spenninger i barren under utrettingen.

Ved den utforelse av stopehjulet 10 som er beskrevet ovenfor, er stopeformen M tilnærmet trapesformet med sin minste tverrsnittsdimensjon innerst i omkretssporet og sin storste dimensjon mot båndet 11. En stålbarre stopt av en typisk stopemaskin 10 kan således ha en storste bredde på omtrent 67 mm og en minste bredde på 54 mm, samt en hoydeavstand på 48 mm mellom de to bredsider, idet en radius på omtrent 6,4 mm forbinder den minste bredside med barrens to skråsider. Andre barrestorrelser og former kan stbpes etter onske. Inntil nå er det f.eks. med hell stopt en stålbarre med et tverrsnitt på omtrent 31 cm 2 med en stopehastighet på omtrent 13,5 cm pr. min., samt en barre med tverrsnitt på omtrent 52 cm 2 med en hastighet på omtrent 10,5 cm pr. min.

Det antas at den nye stopte stålbarre i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles med relativt hoy lineær stopehastighet fordi den forholdsvis lange lengdeutstrekning av den krumme stopeform M påsproytet raskt kjoiende kjolemiddel tillater tilfredsstillende storkning å finne sted på tross av forholdsvis hoy rotasjonshastighet for stopehjulet 10. Den forholdsvis lille radius av stopehjulet 10 bevirker videre rask retningsendring av det smeltede stål når hjulet dreier seg, i motsetning til kommersielt drevet tidligere kjent stbpeteknikk hvor det storknede stål holdes i horisontal eller tilnærmet horisontal retning i en vesentlig tidsperiode, således at forurensninger tillates å flyte opp under stbrkningsprosessen. Det antas videre at ved stoping av en barre B med forholdsvis lite tverrsnitt, kan barren B i henhold til foreliggende oppfinnelse raskt bringes til å storkne ved hjelp av påsproytet kjolemiddel fra munnstykkene på kjolehodene Sl, S2, S3, S4 og 21 for noen vesentlig seigring av bestanddelene eller forurensningene får tid til å finne sted. Oppfinnelsens fremgangsmåte, som går ut på forholdsvis rask rotasjon av et stopehjul med forholdsvis liten radius ved tilstrekkelig rask nedkjbling av stopeformen til hurtig-frysing av forurensningene for normal og/eller omvendt seigring kan finne sted, gir således det nye stopeprodukt av stål i henhold til foreliggende oppfinnelse. Dette stopeprodukt har egenskaper som er vesentlig forskjellig fra stopt stål fremstilt i kontinuerlige stopemaskiner i henhold til kjent teknikk.

Det antas at en sådan utforelse av stopehjulet, påsproytings -sonene for kjolevann og det forholdsvis ringe tverrsnitt av den stopte barre gjor det mulig å oppnå raskere varme-overforing enn ved tidligere kjente kontinuerlige stbpe-metoder for stål.

Et visst begrep om den raske nedkjbling og storkning kan oppnås ut i fra den metallurgiske hbyde av stbpeanlegget. Den metallurgiske hbyde er definert som avstanden mellom overflaten av væskemengden i stopeformen til det punkt hvor stbrkningen er fullfort. Ved foreliggende fremgangsmåte er det arbeidet med en metallurgisk hbyde på omkring 4,5 m eller mindre når det fremstilles en barre med tverrsnitt på 31 cm 2 ved en stbpehastighet på • 10,5 til 13,5 m pr. min., samt ved fremstilling av en barre med tverrsnitt 52 cm 2 ved en stbpehastighet fra 7,5 til 10,5 m pr. min. Ved de konvensjonelle kontinuerlige stope-anlegg av Junghans-type oppgis den metallurgiske hbyde vanligvis å være fra 15 til 21 m ved stoping av barrer med tverrsnitt 10 x 10 cm ved en stbpehastighet på 2,5 til 3 m pr. min. Det er funnet at stbpebarren i henhold til oppfinnelsen stbrkner fullstendig i lbpet av 25 til 30 sek., mens det er forstått at det tar omkring 6 min. for fullstendig storkning av en barre i henhold til Junghans-prosessen.

Det antas at den raske nedkjbling i henhold til oppfinnelsen nedsetter strbmning av flytende material med hbyere lbsningskonsentrasjon inn i de indre dendritt-kanaler, således at den omvendt seigring reduseres, mens de ikke-metalliske forurensninger som foreligger i stålsmelten fryses sammen med væsken til en vilkårlig fordeling.

Det antas også at den raske retningsforandring av det smeltede stål i stopeformen på det bevegelige hjul nedsetter mulighetene for seigring av forurensningene til ubnskede steder i stbpebarren. Når stbpebarren med sitt innledningsvis relativt tynne storknede skall og store smeltekjerne beveger seg i retning mot urviseren fra et punkt rett overfor kjolehodet S2 (se fig. 1) forbi kjble-hodene S3, S4 og til slutt 21 til et punkt hvor det storknede skall er blitt ganske tykt i forhold til smelte-kjernen, hvilket betyr at stbpebarren har beveget seg over en bue på mer enn 90° og fortrinnsvis mer enn 180°, antas det at en sådan retningsforandring av stbpeprosessen under stbrkningen bidrar til å eliminere dannelse av kraftige konsentrasjoner av seigrede bestanddeler eller forurensninger, som ellers normalt ville flyte opp til den ovre del av det indre av det storknede skall, da faktisk "den ovre del" av det storknede skall alltid befinner seg i retningsforandring under hjulets rotasjon.

Det er gjort målinger for å bestemme seigringsgraden av svovel- og oksygen-forurensninger, samt seigringsgraden av karbon i stbpebarrer av stål stopt i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte. For å angi en seigringsprofil fra hjulsiden til båndsiden av sådanne stopte barrer, ble tre provestykker uttatt for analyse fra lengdesnitt av stopebarrene, nemlig et provestykke midt på det uttatte snitt, et 20 mm til venstre for midten og et 20 mm til hoyre for midten. Middelverdien ble så utregnet for disse proveverdier for å komme frem til en gjennomsnittsprofil for hver barre. Sådanne resultater er vist i fig. 2, 3 og 6. Det antas at uttrykkene "tverrsnitt i lengde-retningen" og ganske enkelt "tverrsnitt" anvendes om hverandre hvis det ikke foreligger noen sannsynlighet for forveksling med et kort tverrsnitt (se f.eks. i amerikansk standard ASTM Designation E399-74, Crack Plane Orientation Identification Code).

Fig. 2 er en grafisk opptegning av det midlere svovelinnhold i prosent som funksjon av målepunktet mellom stope-barrens hjulside (0 mm) og barrens båndside (44 mm i dette tilfelle), idet stopestålet regnet i vekt% hadde et innhold av omtrent 0,45% karbon, 0,02% svovel, 0,99% mangan, 0,02% fosfor og 0,21% silisium (provestykke nr. 45). Den storste variasjon i midlere svovelinnhold over barretverrsnittet var 0,0013% (13 ppm) for de . målinger som er vist i fig. 2, mens standardavviket var 0,000498%.

Dette synes å representere i uventet grad en særlig jevn fordeling av svovelinnholdet uten noe tegn til vesentlig skadelig seigring. Undersbkelser av andre provestykker av det nye produkt ga som resultat storste variasjoner av midlere svovelinnhold fra 0,00114% til 0,004% (11,4 ppm til 40 ppm), samt standardavvik for svovelinnholdet varierende fra 0,000483% til 0,00138% i prover med nominelt svovelinnhold på henhv. 0,01755% og 0,02993%, slik som vist i folgende tabell.

Middelverdi av 3 målinger av svovelinnholdet angitt i ppm for hvert målepunkt.

Fig. 3 er en grafisk opptegning av midlere oksygeninnhold (i ppm) som funksjon av målestedet mellom hjulsiden og båndsiden av en og samme stopebarre (barre nr. 45 målt i fig. 2). Oksygeninnholdet var omtrent 70 ppm (0,007%) og den storste variasjon i midlere oksygeninnhold over barretverrsnittet, var som vist i fig. 3 5 ppm (0,0005%), mens standardavviket var 1,651 ppm. Dette representerer atter et overraskende godt resultat, nemlig en meget hoy grad av jevnhet med hensyn til bestanddelenes fordeling over materialstrukturen i den stopte stålbarre i henhold til oppfinnelsen. Det bor også bemerkes at porost midtområde som i blant foreligger i kontinuerlig stopte stålbarrer (også i henhold til oppfinnelsen), kan bidra til det målte oksygeninnhold på vedkommende spesielle sted i barren. Det antas imidlertid at sådan porositet ikke regnes som sann seigring av fagfolk på dette område og bringes vanligvis til å forsvinne ved påfolgende varmebehandling.

De forbedrede egenskaper med hensyn til oksygenseigring som er oppnådd ved foreliggende oppfinnelse vil fremtre klart ved sammenligning av fig. 3 med fig. 4 og 5. Fig. 4 er en grafisk fremstilling som angir oksygeninnholdet i % som funksjon av målestedet regnet fra undersiden til oversiden av en stopebarre som er stopt i en Hazelett strimmel-stopemaskin med hovedsakelig horisontal stopeform. Denne grafiske fremstilling er tatt fra side 43, fig. 6 i den tidligere nevnte artikkel av Whitmore, B.C. og Hlinka, J.W., "Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process", Open Hearth Proceedings, 1969. Omregnet til ppm-verdier angir fig. 4 en storste variasjon på omtrent 100 ppm (0,01%) eller mer samt et standardavvik på omtrent 29,88 ppm. Denne stopeprosess som ble utfort ved hjelp av en eksperimentell Hazelett-maskin med stopeform i en vinkel på omtrent 20° i forhold til horisontalretningen, frembragte således en stopebarre med betydelig oksygenseigring selv når det midlere oksygeninnhold var forholdsvis lavt, nemlig omkring 0,004%. Den verste seigring ble funnet nær barrens overside, slik det klart vil fremgå av foreliggende fig. 4 samt nevnte publikasjon av Whitmore og Hlinka.

Fig. 5 er en grafisk fremstilling som angir oksygeninnholdet som funksjon av målepunktet for en stopt stålbarre fremstilt i en kontinuerlig vertikal stopemaskin av Concast-type og med en krum svingbar stopeform. Den viste kurve representerer et gjennomsnitt av .fem provestykker tatt i langsgående tverrsnitt fra undersiden til oversiden av barren, som regnet i vekt% hadde et innhold av 0,46% karbon, 0,94% mangan, 0,021% fosfor, 0,016% svovel og 0,22% silisium. Som det vil fremgå av fig. 5 er variasjonsområdet omtrent 26,5 ppm, mens standardavviket er 10,6 ppm. Det midlere oksygeninnhold er omkring 0,006%. Et annet provestykke som hadde et midlere oksygeninnhold på omkring 0,09%, oppviste et variasjonsområde på 29 ppm.

En stopebarre fremstilt i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte har også en uventet jevn karbonforde1ing, slik det vil fremgå av fig. 5, som er en grafisk fremstilling som angir en gjennomsnittsprofil for karboninnholdet i en sådan stopt barre (provestykke nr. 48). Denne spesielle barre hadde et tilsatsinnhold regnet i vekt% på omtrent 0,184% karbon, 0,59% mangan, 0,01% fosfor, 0,032% svovel og 0,17% silisium. De punkter som er inntegnet i fig. 6 representerer middelverdier av tre målinger for hvert målepunkt over den stopte barre mellom dens hjulside og båndside, slik det også var tilfelle i fig. 2 og 3. Fig. 6 viser en storste midlere variasjon av karboninnholdet over barretverrsnittet på omtrent 0,09% (90 ppm), samt et standardavvik på 0,00305%. I samsvar med foreliggende oppfinnelse fremstilles stålsmelten fortrinnsvis ut i fra en kjemisk sammensetning med karbon som en av bestanddelene og med et innhold regnet i vekt% på omtrent 0,04 til 1,4%. Det storste variasjonsområde antas å være proporsjonalt med det prosentuelle karboninnhold for de respektive provestykker innenfor dette prosentområde. Det er funnet at særlig gunstige resultater er oppnådd når stålets karboninnhold ligger mellom 0,06 og 0,8 vekt%.

Ytterligere målinger er blitt utfort for å bestemme strekkfastheten for en stopt stålbarre i henhold til oppfinnelsen, samt å sammenligne den med strekkfastheten for en stålbarre stopt i en kommersielt anerkjent Concast-maskin med en svingende krum stopeform, idet de sammen-lignede stålbarrer ble stopt fra en og samme stålsmelte. Disse målinger ble utfort i en strekktakt på 0,001/sek. ved anvendelse av et ekstensometer på 1 tomme (2,54 mm). Fig.

7 er en histografisk fremstilling som viser at strekkfastheten for et provestykke av stbpebarren i henhold til

oppfinnelsen er omtrent 75-77 kp/mm 2, sammenlignet med Concast-barren stopt i henhold til kjent teknikk og som oppnåo dde en strekkfasthet på omtrent 65-66 kp/mm 2. Materialtilsatsene i denne stålsmelte var 0,45% karbon, 0,97% mangan, 0,019% fosfor, 0,017% svovel og 0,21% silisium. Det antas at den oppnådde bkning på 10-15% eller

mer i strekkfasthet for det nye produkt i henhold til oppfinnelsen skriver seg fra den usedvanlige jevne

fordeling av stålets legeringsbestanddeler og forurensninger som er observert i det nye produkt, slik som beskrevet ovenfor. Ved disse undersbkelser ble det også observert at den stopte barre i henhold til oppfinnelsen hadde stbrre prosentuell strekkforlengelse og hoyere proporsjonali-tetsgrense under strekk enn Concast-barren i henhold til kjent teknikk, slik det vil fremgå av folgende tabell:

Fig. 8 viser grafisk intensiteten av karakteristisk rontgenstrålespektrum fra mangan langs en vilkårlig linje av lengdeutstrekning omkring 1800 pm inne i et provestykke av en stålbarre stopt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Det vil innses at intensitetsnivået er forholdsvis konstant langs den linje som er merket med 100% og som tilsvarer det nominelle innhold på 0,98% mangan og også tilsvarer en absolutt avlesning på omtrent 11 enheter på den grafiske avlesningsskala for den elektroniske mikrosonde-analysator. Det foreligger faktisk bare en betydningsfull variasjon som er målt til omkring 173% av grunn-nivået, hvilket tilsvarer en lokal konsentrasjon på omkring 1,69% mangan. Fig. 9 viser grafisk rontgenstråleintensiteten fra mangan i et provestykke som er stopt i samsvar med den kjente Concast-prosess. Det bor bemerkes at intensitetsnivået i dette tilfelle omfatter mange topper som tilsvarer små områder med manganseigring. Et midlere absolutt avlesnings-nivå på omtrent 12 enheter ble i dette tilfelle observert på utlesningsstrimmelen fra den elektroniske mikrosonde-enhet, og dette nivå ble anvendt som 100%-linje. Gjennomsnittsnivået for de mest utpregede topper er omkring 320% av grunn-nivået og den storste observerte variasjon i manganinnholdet var over 400%, slik det vil fremgå av folgende tabell:

Det ble funnet at særlig gunstige resultater ble oppnådd når manganinnholdet i stålet lå mellom omkring 0,30 og 1,20 vekt%.

Skjont foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i detalj med særlig henvisning til foretrukkede utforelser, vil det forstås at variasjoner og modifikasjoner kan utfores innenfor oppfinnelsens grunnleggende prinsipp og ramme, slik som beskrevet ovenfor og definert i de etterfolgende patentkrav. I denne beskrivelse er det således f.eks. bare omtalt et representativt utvalg av det store antall stållegeringer som kan stopes under utovelse av foreliggende oppfinnelse. For andre materialer-sammensetninger hvori innholdet av legeringsbestanddeler og forurensninger er forskjellig fra de foreliggende konsentrasjoner i de analyserte provestykker, kan det åpenbart ventes tilsvarende forbedrede resultater.

Claims (5)

1. Kontinuerlig støpt stålbarre, karakterisert ved at den har et svovelinnhold som målt over et tverrsnitt av barren og i forhold til dets middelverdi, har variasjonsområde mindre enn 0,004 % (40 ppm), fortrinnsvis mindre enn 20 ppm, og/eller et standardavvik mindre enn 0,0015 % beregnet ut fra vilkårlige empiriske data.

2. Kontinuerlig støpt stålbarre som angitt i krav 1, karakterisert ved at den over et tverrsnitt av barren og i forhold til middelverdien oppviser et variasjonsområde på mindre enn 25 ppm, fortrinnsvis mindre enn 20 ppm, for barrens oksygeninnhold.

3. Kontinuerlig støpt stålbarre som angitt i krav 1 eller 2 karakterisert ved at den over et tverrsnitt av barren i forhold til middelverdien oppviser et variasjonsområde på mindre enn 400 % og fortrinnsvis mindre enn 275 % for barrens manganinnhold.

4. Kontinuerlig støpt stålbarre som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at den over et tverrsnitt av barren og i forhold til middelverdien har et variasjonsområde for barrens karboninnhold på mindre enn 0,01 % og/eller et standardavvik mindre enn 0,004 %.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av en kontinuerlig støpt stålbarre, og hvor stålsmelte helles fra en støpedigel (16) anordnet på oversiden av et roterende støpehjul (10) og ned i en støpeform som dannes av et omkretsspor (G) i støpe-hjulet samt et dekkbånd (11) som lukker sporets åpning, og størknet smelte trekkes ut fra støpeformen som endeløs støpt barre (B), karakterisert ved at det for støpningen anvendes en sådan stålsmelte og sådanne støpebetingelser at den støpte barre over sitt tverrsnitt oppviser en variasjon av manganinnholdet mindre enn 400 % av det gjennomsnittlige manganinnhold, en variasjon av svovelinnholdet mindre enn 0,004 % av det gjennomsnittlige svovelinnhold, en variasjon av oksygeninnholdet mindre enn 0,002 % av det gjennomsnittlige oksygeninnhold og en variasjon av karboninnholdet mindre enn 0,01 % av det gjennomsnittlige karboninnhold.