Verfahren und Anlage zum Stranggießen von Düπnbrammen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Dünnbrammen mit Gießgeschwindigkeiten größer 3m/min. in einer Stranggießanlage, bei der über einen Tauchausguß, der durch ein Absperrelement verschließbar ist, die Schmelze in eine Kokille geleitet wird, der eine mit Rollen ausgerüstete Strangführung nachgeschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Stranggießanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Unter dem ferrostatischen Druck des flüssigen Stahls kann es beim Stranggießen von Brammen zu einem Ausbauchen des Stranges kommen, dh. nach dem Verlassen der Kokille erfährt die Strangschale eine Reihe von Ausbauch- und Walzverformungen, wobei das Ausbauchen jedoch durch die Stützrollen des der Kokille nachgeordneten Strangführungsgerüstes eingeschränkt wird.
Nach Stahl und Eisen 99 (1979), Nr. 19, Seite 1039-1050 ist bei einer bestehenden Brammengießanlage die Sekundärkühlung der einzige Parameter in Verbindung mit der Gießgeschwindigkeit, der sich einstellen läßt, um das Ausbauchen zu verringern. Es wird empfohlen, die Sekundärkühlung zu optimieren, um die innere Qualität des Stranges zu verbessern. Ein Hinweis auf den Einfluß der Ausbauchung auf den flüssigen Sumpf des Stranges ist diesem Artikel nicht entnehmbar.
In dem Fachbuch „Metallurgie des Stranggießens, Gießen und Erstarren von Stahl", Verlag Stahl und Eisen, 1992, wird darauf hingewiesen, daß zu starke Ausbauchungen Seigerungen und Innenrisse bewirken. Es wird aufgezeigt, daß Ausbauchungen im Betrieb an Stranggußmaschinen gemessen und theoretisch berechnet sowie an Biegemodellen untersucht wurden. Ziel der Untersuchung dieser mechanischen Verformungen sind deren Einfluß auf Oberflächenfehler und Innenrisse der auf Stranggießanlagen erzeugten Brammen.
Aus EP 0 041 498 ist eine Bogenstranggießanlage mit einer unterhalb der Kokille angeordneten Strangführung bekannt, die zwei einander gegenüberliegende Rollenbahnen aufweist, deren Rollen an Gerüstteilen montiert sind und der Abstand der einander gegenüberliegenden Gerüstteile und damit der Abstand der Rollenbahnen entsprechend einem einzustellenden Strangquerschnitt veränderbar ist. Hierzu wird mindestens eine der Rollenbahnen am Gerüstteil in Längsrichtung dieser Rollenbahnen versetzbar angeordnet und am Gerüstteil in unterschiedlichen Lagen fixiert. Durch den hier vorgeschlagenen Aufbau soll u.a. eine unzulässige Ausbauchung der Strangschale verhindert werden bei Einhaltung eines möglichst gleichen Abstandes der Endrollen benachbarter Gerüstteile. Diese Schrift befaßt sich also ausschließlich mit dem kontruktiven Aufbau einer Stranggießanlage.
Bei Stranggießanlagen wird üblicherweise die Schmelze über einen Tauchausguß in eine oszillierende Kokille geleitet. Die Zuflußmenge wird regelmäßig über einen am Eintritt des Tauchausgußes angeordneten Stopfen- oder Schieberverschluß eingestellt. Die Pegelhöhe der Schmelze in der Kokille wird meßtechnisch erfaßt und über eine EDV-gestützte Meß- und Regeleinrichtung zur Veränderung der Stopfenstellung im Verschluß verwendet, wodurch eine Auf- und Abbewegung der Badoberfläche ausgeglichen wird.
Mit keinem der aus den genannten Dokumenten bekannt gewordenen Gegenstände wird ein sogenanntes „Mold-Level-Hunting", also ein unkontrolliertes Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille mit Amplituden, die einen sicheren Gießbetrieb nicht mehr gewährleisten, verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Stranggießen von Dünnbrammen zu schaffen, durch das bzw. durch die aktiv ein unkontrolliertes Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille vermieden und darüber hinaus die Brammenqualität durch Verringerung der Mittenseigerung verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und der auf die Stranggießanlage gerichteten Ansprüche 6 und 12 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Erfindungsgemäß wird der Strangschale dh. dem sogenannten Schalenkasten nach Verlassen der Kokille während ihres plastischen Verhaltens eine stationäre Wellenform eingeprägt und nach einer Übergangsphase während ihres elastischen Verhaltens eine instationäre wellenförmige Oberflächenform eingeprägt. Danach wird nach meßtechnischer Erfassung des Übergangs vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale im Bereich des elastischen Verhaltes in einer Weise so gestützt, daß die erzeugte Bramme bei minimaler Krafteinwirkung auf ihre Breitseiten durch die Strangführung geführt wird.
Die minimale Kraftein Wirkung auf die obere und untere Breitseite der Strangschale einer Bramme, wird dadurch erzielt, daß im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale eine andere Anordnung der sich gegenüberliegenden Rollen gewählt wird als im plastischen Bereich der Strangschale. Hierdurch wird erreicht, daß nach der Übergangsphase der immer stärker sich verfestigende Strang sich durch die Strangführung schlängelt. Hierdurch wird vermieden, daß jeweils gleichzeitig auf der Ober- und Unterseite des Strangschalenkastens in die Strangschalen eingeprägte Ausbuchtungen oder Einbuchtungen gleichzeitig auf die sich stützenden Führungsrollen treffen. Ein gleichzeitiges Zusammendrücken von zwei Ausbuchtungen würde zu einem „Pumpen" und ein gleichzeitiges Auftreffen von zwei Einbuchtungen würde zu einem „Saugen" des vom Strangschalenkasten umhüllten Sumpfes führen. Da sich beim Gießen die einzige Öffnung des Strangschalenkastens in der Kokille befindet, wird dann dort der Gießspiegel zum Schwingen angeregt.
Die zur Vermeidung des Schwingens erforderliche Verschiebung der Rollen liegt dabei im Bereich einer Translation a mit einer Größe zwischen 0,1 bis 0,5 x lR, wobei lR die Rollenteilung in mm darstellt.
Die Änderung der oszillierenden Oberflächenstruktur der Strangschale durch Änderung der Abstützung durch die Strangführungsrollen wird nach dem
Übergangsbereich vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale durchgeführt. Die Einstellung der Größe und der Position dieses Übergangsbereiches wird in vorteilhafter Weise durch Menge, Art und Ort einer externen Kühlung eingestellt. Insgesamt hängt der Übergangsbereich von der Gießgeschwindigkeit und dem Temperaturprofil und darüber hinaus von der Schalendicke, der Sumpflänge, der
Stahlsorte, dh. ihrer chemischen Zusammensetzung, vom Kokillenaustrittsmaß und der Bauart der Stranggießanlage und hier insbesondere von der Strangbreite und der Rollenteilung ab. Der Übergangsbereich vom plastischen zum elastischen Verhalten der Strangschale kann in jedem Gerüst der Strangführungseinrichtung angetroffen werden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Strangschalenkasten im Bereich des elastischen Verhaltens in der Weise zu stützen, daß eine minimale Krafteinwirkung auf die Strangschale durch Aktuatoren erreicht wird, die mit Meßelementen zur Erfassung der Anpreßkraft oder der Lage der Strangschale in
Verbindung stehen und den Druck von mit den Führungsrollen verbundenen hydraulischen Elementen geregelt konstant halten, so daß auf die Strangschale unabhängig von ihrer Form ein gleichmäßiger Druck aufgebracht wird.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Stranggießanlage vorgeschlagen, bei der das Führungsgerüst in drei Zonen aufgeteilt ist, wobei die Führungsrollen in der Anfangszone zueinander eine andere Zuordnung aufweisen als in der nach einer Übergangszone angeordneten Endzone. Die einzelnen Zonen können bereits im ersten Gerüst angeordnet sein.
Bei Stranggießanlagen, die ein enges Positionsspektrum aufweisen, können die einzelnen Zonen der Rollenzuordnung fest installiert sein. Da sich aber die Lage der Übergangszone ändern kann wird vorgeschlagen, Translationselemente vorzusehen, mit denen eine Translation der gegenüberliegenden, auf Lücke einstellbaren Führungsrollen bei einer beliebigen Stelle des Stranges möglich ist, wobei die Translation a in einer Größenordnung a = 0,1 bis 0,5 x lR (lR = Rollenteilung) vorgesehen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Führungsgerüst in der Übergangszone konstruktiv so ausgestaltet, daß im Oberrahmen und im Unterrahmen die gleiche Anzahl von Führungsrollen vorgesehen ist und daß die Positionierung der Führungsrollen des Unterrahmens längs des Stranges stufenlos veränderbar ausgeführt ist. Hierbei kann in einer weiteren Ausgestaltung eine zusätzliche Führungsrolle vorgesehen seun, die ergänzend zu den vorhandenen Führungsrollen im Unterrahmen positionierbar ist.
Zur Eingrenzung des Ortes der Übergangszone wird eine Kühleinrichtung vorgesehen, die in dem Bereich, in dem üblicherweise das plastische Verhalten der Strangschale auftritt, installiert wird und deren Kühlmedienmenge, -Form und - Temperatur einstellbar ist.
Eine völlige Unterbindung des unkontrollierten Aufschwingen des Gießspiegels in der Kokille (Mold Level Hunting) wird erreicht, wenn die Stopfenregelung eine Eigenfrequenz aufweist, die außerhalb der Resonanzfrequenz der Pumpfrequenz der Flüssigkeitssäule und damit außerhalb der Frequenz des Pumpens der Strangschale liegt.
Ein Ausfführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestell und wird nachstehend beschriebent.Es zeigen
Figur 1 eine schematische Ansicht der Stranggießanlage,
Figur 2a,2b schematische Darstellungen des Bereichs des plastischen
Verhaltens der Strangschale Figur 3a,2b die Anordnung der Führungsrollen im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Führungsrollenbereiches zur
Erläuterung des Änderns der Rollenteilung.
Die Figur 1 zeigt ein Schmelzenzuführgefäß 43, dessen Bodenöffnung durch einen Stopfen 44 verschließbar ist, welcher an eine Stopfenregelung 45 angeschlossen ist.
Am Schmelzenzuführgefäß 43 ist ein Tauchausguß 42 befestigt, der in eine Kokille 41 hineinragt.
Der Kokille 41 sind einzelne Segmente aufweisende Gerüste 12, 22, 32 nachgeschaltet entsprechend einer Anfangszone 11 , einer Übergangszone 21 und einer Endzone 31.
Die Anfangs- und auch die Übergangszone 11 bzw.21 erstrecken sich über einen relativ breiten Bereich, an den sich die Endzone 31 anschließt. Die Anfangszone 11 und die Übergangszone 21 können durchaus bereits im ersten Gerüst vorliegen, so daß sich die Endzone 31 über den Restbereich Strangführung erstreckt.
Die einzelnen Gerüste weisen Führungsrollen 13, 23, 33 auf, die in Oberrahmen 14, 24, 34 und Unterrahmen 15, 25, 35 angeordnet sind (vergl Fig.4).
Weiterhin ist schematisch die Bramme B dargestellt, deren Sumpfspitze Ss bis über die Endzone 31 ragt. Ferner ist schematisch eine Kühleinrichtung 61 im Endbereich der Anfangszone 11 angedeutet.
Die Figuren 2a und 2b zeigen Führungsrollen 13 im Bereich des plastischen Verhaltens der Strangschale, der eine stationäre Wellenform eingeformt wird. Die
Dicke der Ausbauchung ist dabei mit D gekennzeichnet, die Maulweite der Rollen mit d.
In Fig 2a liegen sich die Führungsrollen 13 jeweils mit der Maulweite d unmittelbar gegenüber und haben auf der jeweiligen Strangseite einen Abstand voneinander, der durch die Rollenteilung lR bestimmt ist. Die Strangschale W, die den Sumpf S einschließt, weist dabei Einbuchtungen und Ausbuchtungen auf.
In Figur 2b sind im Vergleich zu Fig. 2a bei gleicher Rollenteilung l und gleicher Maulweite d, die Führungsrollen 13 um eine Translation a zueinander versetzt angeordnet. Dabei ist a = 0,5 x lR.
Die Ausbauchung D ist hier infolge der Verschiebung der Führungsrollen 13 kleiner als die stationäre Ausbauchung bei gegenüberliegend angeordneten Führungsrollen 13 gemäß Fig.2a.
Die Figuren 3a und 3b zeigen die Situation im Bereich des elastischen Verhaltens der Strangschale, der eine instationäre wellenförmige Oberflächenform eingeprägt ist.
In Figur 3a ist schematisch ein Schnitt durch den Strangschalenkasten gezeigt, bei dem die Breitseiten spiegelsymmetrisch gegenüberliegende Ein- und Ausbuchtungen aufweisen.
Durch die versetzte Anordnung der Führungsrollen bewegt sich der Strang in Strangabzugsrichtung in der Weise durch das Führungsgerüst, daß er sich quasi durch die in Maulweite voneinander beabstandeten Rollen schlängelt.
ln Figur 3b ist der Strangschalenkasten wie ein doppelwandiges Wellblech geformt. Während des Abzugsvorganges des Stranges bewegt sich dieser wellblechförmige Strangschalenkasten so durch das Führungsgerüst, daß er sich auch hier durch die sich gegenüberliegenden Führungsrollen schlängelt.
In keiner der beiden in den Figuren 3a und 3b aufgeführten Formen kommt es zu einem Zusammenquetschen des Strangschalenkastens im Bezug auf seine Breitseiten, und damit auch nicht zu einem Pumpen oder Saugen der vom Strangschalenkasten eingeschlossenen Flüssigsäule.
Figur 4 zeigt ein Gerüst 12, 22, 32 und einen Oberrahmen 14, 24, 34 und einen Unterrahmen 15, 25, 35 und Führungsrollen 13, 23, 33. Am Unterrahmen 15, 25, 35 ist eine Zusatzrolle 19, 29, 39 vorgesehen, die nach einer Translation a der unteren Führungsrollen 13, 23, 33 ergänzend an die Reihe dieser Rollen angefügt werden kann, wie dies im unteren Teil der Figur 4 gezeigt ist und wodurch sich eine versetzte Anordnung der gegenüberliegenden Rollen 13, 23, 33 erreichen läßt. Selbstverständlich, ist eine Translation a der Führungsrollen auch ohne das Hinzufügen einer weiteren Rolle 19, 29, 39 möglich, wobei dann aber eine zu beachtende Lücke in der Reihe der unteren Führungsrollen auftritt. Mittel zur Durchführung der Translation a sind im unteren Teil der Figur 4 lediglich durch Bezugszeichen 16, 26. 36 angedeutet
Im oberen Teil der Figur 4 sind ein Meßelement 74 für den Druck und ein Meßelement 75 für die Lage der Strangschale dargestellt, welche mit Aktuatoren 71 , 72, 73 in Verbindung stehen, die wiederum auf hydraulischen Elemente 18, 28, 38 wirken, mittels derer der Druck auf betroffenen Führungsrollen im wesentlichen konstant gehalten werden kann.