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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Strangmaterial aus Stahl, nach dem zuerst ein zylindrisches Vorprodukt durch Stranggiessen vorgefertigt und dieses Vorprodukt dann zum Strangmatenal weiterverarbeitet wird, bei welchem Stranggiessen die Schmelze vertikal in Kokillen zu einem
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Zur Herstellung von zylindrischem Strangmaterial, beispielsweise Walzdraht oder nahtlosen Stahlrohren, wird meist von einem gegossenen stangenförmigen Vorprodukt (Knüppel) ausgegangen, das dann nach einer Zwischenerwärmung zum gewünschten Fertigprodukt ausgewalzt wird, so dass zwei voneinander weitgehend unabhängige Verfahrensschritte, nämlich das Stranggiessen des Vorproduktes und das Auswalzen des Vorproduktes zum Fertigprodukt mit den Nachteilen der dazu notwendigen zwei Anlagen, der Zwischenlagerung des Vorproduktes, der Zwischenerwärmung u. dgl. erforderlich sind.
Beim üblichen Stranggiessen des Vorprodukts werden bisher stationäre Kokillen verwendet, die einerseits auf Grund der Notwendigkeit einer starken Wärmeabfuhr durch die Kokille und der dadurch bedingten intensiven Berührung zwischen Strang und Kokille, anderseits durch den Zwang, wegen der erforderlichen Gleitbewegung des Stranges innerhalb der Kokille und der noch wenig belastbaren Strangschale für möglichst günstige Reibungsverhältnisse zu sorgen, nur geringe Giessgeschwindigkeiten, etwa 1, 5 bis 5 m/min und recht kurze, ca. 900 mm lange Kokillen zulassen.
Um trotz dieser recht einschränkenden Voraussetzungen noch wirtschaftliche Giessleistungen erzielen zu können, werden bei der Erzeugung der Vorprodukte meist gleichzeitig mehrere Stränge parallel gegossen, damit ein nachfolgendes Walzwerk zur Herstellung des Fertigproduktes ausreichend beschickt werden kann
Darüber hinaus gibt es auch bereits Stranggiessanlagen zum Stranggiessen bandförmiger Vorprodukte mit flach rechteckigem Querschnitt, bei denen bereits mitlaufende Plattenkokillen zum Einsatz kommen und der entstehende Strang nach dem Giessen durch eine Verformungseinnchtung im Sinne einer Querschnittsverflachung umgeformt wird. Diese Stranggiessanlagen dienen zur Blechherstellung und eignen sich nicht zur Fertigung eines Vorproduktes für die Herstellung von Stangen- oder Drahtmaterial.
Aus der US 4 331 195 A geht auch schon ein Verfahren zum Stranggiessen von Nichteisenmetallen hervor, bei dem der Strang schräggeneigt in einer Bandkokille vergossen und dann bei konstantem Querschnitt umgelenkt wird. Dieses Schräggiessen ist wegen der Gefahr von Seigerungen und Lunkerbildungen u. dgl. für das Stahigiessen ungeeignet und bringt dazu noch eine ungleichmässige Schalenbildung mit sich. Die beim Abkühlen des Stranges auftretenden Schrumpfungen lassen sich kaum ausgleichen, was die Kühlverhältnisse beeinträchtigt und zu hohen Kühlzeiten führt. Die schräge Giessanordnung verringert zwar den Umlenkwinkel, doch bereitet das entstehende Gussgefüge dennoch Schwierigkeiten bei der Umlenkung, vor allem bei stärkeren Querschnitten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das bei vergleichsweise geringem Bauaufwand das wirtschaftliche Vorfertigen eines auch direkt weiterverarbeitbaren Vorproduktes zur Herstellung von Strangmaterial bester Gefügequalität erlaubt. Ausserdem soll eine Stranggiessanlage zur rationellen Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der zylindrische Strang nach Ausbildung einer durcherstarrten Schale innerhalb der Kokille während der weiteren Abkühlung und Erstarrung ausserhalb der Kokille im Querschnitt konzentrisch reduziert und dass anschliessend der Strang mit Rundquerschnitt in an sich bekannter Weise umgelenkt und zu einem Rundprofil als Vorprodukt gerichtet wird. Durch Vergiessen der Schmelze zu einem zylindrischen Strang wird der Herstellungsvorgang von vornherein auf den beim Endprodukt gewünschten Rundquerschnitt abgestellt, wobei unter Rundquerschnitt neben dem Kreisquerschnitt auch ovale und durch Bogen- und kurze Geradabschnitte zusammengesetzte Querschnitte, also alle hohlreduzierbaren Querschnitte verstanden sein sollen.
Die Querschnittskonstanz in der ersten Phase des Stranggiessens führt verhältnismässig rasch zu einer durcherstarrten Schale, die dann in der zweiten Phase während des zunehmenden Erstarrungsvorganges bereits eine Querschnittsreduktion erlaubt. Diese Querschnittsreduktion von ca. 5 bis 10 % und die damit verbundene Materialverformung ergibt eine Verbesserung des sich in der ersten Phase einstellenden Gussgefüges hin zu einem biegeverformbaren Gefüge des Stranges, welcher Strang daher aus der Vertikalen in die Horizontale ohne Rissbildungsgefahr u. dgl. auch bei dickeren Rundquerschnitten und nur erstarrter Aussenschale umgelenkt werden kann.
Dazu kommt noch, dass die durch die Querschnittsreduktion neben der Stauchung auftretende Streckung die Durchlaufgeschwindigkeit erhöht, die zusammen mit der verhältnismässig hohen Giessgeschwindigkeit der ersten Phase von ca. 20 bis 30 m/min zu einer Auslaufgeschwindigkeit führt, die als Ausgangsgeschwindigkeit für ein anschliessendes Walzwerk geeignet ist.
Wird das zumindest weitgehend durcherstarrte Rundprofil nach dem Richten im gleichen Durchlauf zu Strangmaterial, vorzugsweise Draht, ausgewalzt, ist es möglich, Schmelze direkt in einem durchgehenden
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Arbeitsablauf zu Walzdraht oder Stangen zu verarbeiten, wobei durch die ausreichende Auslaufgeschwindigkeit nach dem Umlenken und Richten des stranggegossenen Rundprofils das Walzwerk leistungsgerecht beschickt werden kann.
Auch Stahlrohre können in ähnlicher Art und Weise besonders rationell gefertigt werden, wenn das Im Inneren noch flüssige Rundprofil durch Abquetschen zu beiderends verschlossenen Rohlingen abgelängt wird, welche Rohlinge dann durch beidseitiges Kappen der verschlossenen Enden und Entleeren der
Restschmeize zu Rohrohren umgewandelt werden. Hier wird das Stranggiessen vor einem Durcherstarren des Stranges abgebrochen und nur so lange durchgeführt, bis eine ausreichend feste Schale mit gewünschter Dicke entsteht, was neben der Abkühlung und Erstarrung bei Querschnittskonstanz eine anschliessende ausreichende Querschnittsreduktion verlangt, um durch die dadurch gegebene Gefügeverbesserung die Umlenkung des Stranges mit geeignetem Biegeradius durchführen zu können, ohne die vorhandene dünnwandige Schale zu zerstören.
Der Erstarrungsgrad hängt von den Abkühlverhältnissen, also der Abkühlzeit und der Wärmeabfuhr während des Stranggiessens ab, und lässt sich durch die Glessgeschwindigkeiten, die Art und Längen der eingesetzten Kokillen u. dgl. beeinflussen, womit sich auch die Schalendicke des Rundprofiles vorbestimmen lässt. Nach dem Umlenken und dem Geraderichten wird das Rundprofil mit noch flüssigem Kernbereich dann in einzelne Stücke abgequetscht, wobei das Abquetschen zusätzlich zum Abtrennen der einzelnen Rohlinge vom restlichen Strang auch ein Verschliessen des Stranges bzw. Rohlings mit sich bringen soll, so dass aus dem Strang einzelne beidseits geschlossene Rohlinge entstehen.
Werden dann die beiden verschlossenen Enden der Rohlinge gekappt und das noch flüssige Kernmaterial ausgegossen, ergeben sich Rohrohre, die sich auf geeignete Weise, beispielsweise durch ein Streckreduzierwalzen, zu gewünschten Endprodukten weiterverarbeiten lassen. Das flüssige Material und die abgekappten Enden werden wieder eingeschmolzen und dem Stranggiessverfahren neu zugeführt, wodurch es zu keinen Materialverlusten kommt. Die Rohrohre sind ausserdem warm genug, um in der gleichen Hitze warmgewalzt zu werden, sie können aber selbstverständlich auch abgekühlt und vor einer Weiterverarbeitung zwischengelagert werden.
Dieses Herststellungsverfahren liefert demnach auf besonders rationelle Weise Rohrohe (Luppen), ohne dazu ein aufwendiges und auch recht ungenaues Lochen von Blöcken, Schrägwalzen od. dgl. vornehmen zu müssen.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich Stranggiessanlagen mit einer einen In Strangrichtung gleichbleibenden Hohlraumquerschnitt aufweisenden Raupenkokille, die aus einander gegen- überliegenden, zwischen sich den Kokillenhohlraum begrenzenden, endlos umlaufenden Raupenketten besteht, wobei die jeweils zusammenwirkenden Glieder der Raupenketten sich zu Rundquerschnitten ergänzende Giessformen bilden und wobei die Giessformen der Glieder in Krümmungsrichtung biegeelastisch ausgestaltet sind und die sich jeweils zu Rundquerschnitten ergänzenden Giessformen einander übergreifende ; vorzugsweise gegengleich abgeschrägte Längsränder besitzen.
Durch diese Raupenkokille entsteht auf einfache Weise ein Strang mit Rundquerschnitt, der wegen der mitlaufenden Giessformen auch bei verhältnismässig grosser Giessgeschwindigkeit ein gleichmässiges Erstarren der Aussenschale mit ausreichender Dicke ermöglicht. Da allerdings die Raupenkokille wegen der hohen Giessgeschwindigkeiten eine ausreichende Länge aufweisen muss, um die Ausbildung einer geeigneten Schale zu gewährleisten, treten Schwindungserscheinungen im Strang innerhalb der Raupenkokille auf, die den engen Kontakt zwischen Strang und Giessformen und damit die Abkühlverhältnisse beeinträchtigen könnten.
Die den Kokillenhohlraum begrenzenden Giessformen können sich aber im Ausmass der fortschreitenden Schwindung an den Strang anlegen, wozu sich die Giessformen entsprechend elastisch verformen und mehr oder weniger im Längsrandbereich überlappen. Die zur Abstützung der Raupenketten vorgesehenen Stützrollen sorgen dabei für den erforderlichen Anpressdruck der einzelnen Giessformen und führen zu der sich an den Strangquerschnitt anpassenden Ausgleichsbewegung des durch die Giessformen gegebenen Kokillenhohlraumes.
Ist der Raupenkokille eine Verformungsvorrichtung nachgeordnet, weist diese Verformungsvorrichtung Reduzierwalzen mit einen Rundquerschnitt umschliessenden Walzkaliber auf, wobei vorzugsweise die Reduzierwalzen anstellbar in einem Walzgerüst lagern und zumindest zwei einander gegenüberliegende Reduzierwalzen antreibbar sind. Die Reduzierwalzen können so den zylindrischen Strang einwandfrei erfassen und den Rundquerschnitt auf ein durch das herzustellende Rundprofil gegebenes Mass reduzieren, wobei die Querschnittsreduktion die für eine gefahrlose Umlenkung des Stranges erforderliche Gefügeverbesserung mit sich bringt. Ausserdem kann die Verformungseinrichtung an verschiedene Strangdurchmesser bzw. unterschiedliche Reduziergrade angepasst werden und der Walzenantrieb gewährleistet einen einwandfreien Walzvorgang.
Läuft die an die Verformungseinrichtung anschliessende Umlenkvorrichtung in eine Richtstrecke aus, kann dieser Richtstrecke eine Draht- oder Stabwalzstrasse nachgeordnet sein, so dass sich das weitgehend
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lässt und es eine kontinuierliche Walzdraht- oder Stabherstellung gibt.
Ist an die Richtstrecke eine Welterverarbeitungsanlage aus einer Ablängstation mit auf in Strangrichtung verfahrbaren Werkzeugschlitten sitzenden Quetschwerkzeugen und einer der Ablängstation nachgeordneten Schneidstation mit Kappwerkzeugen und einer Entleereinrichtung angeschlossen, kann das im Kernbereich noch flüssige Rundprofil nach der Richtstrecke zuerst durch Abquetschen In einzelne Rohlingstücke und dann durch Kappen der Enden und Entleeren der Restschmelze in Rohrstücke zerteilt werden, die sich bestens zu nahtlosen Stahlrohren weiterverarbeiten lassen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen
Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeipiele einer erfindungsgemässen Stranggiessanlage jeweils in einem
Anlagenschema und die
Fig. 3 und 4 Querschnitte nach der Linie 111-111 bzw. IV-IV der Fig. 1 grösseren Massstabes.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist zur Herstellung von Walzdraht eine Stranggiessanlage 1 vorgesehen, die sich aus einer Giessvorrichtung 2, einer Raupenkokille 3, einer der Raupenkokille 3 nachgeordneten Verformungsvornchtung 4, einer zwischen der Raupenkokille 3 und der Verformungsvorrichtung 4 eingesetzten Strangführung 5 sowie einer an die Verformungsvorrichtung 4 anschliessenden Umlenkeinrichtung 6 zusammensetzt.
Die Raupenkokille 3 weist ein Paar einander gegenüberliegender, endlos umlaufender Raupenketten 31 auf, deren paarweise zusammenwirkende Glieder 32 sich zu Kreisquerschnitten ergänzende Giessformen 33 bilden und damit einen in Strangrichtung gleichbleibenden kreisförmigen Hohlraumquerschnitt 34 begrenzen. Die Giessformen 33 der über Stützrollen 35 gegeneinander gedrückten Glieder 32 sind in Krümmungsrichtung durch Längsschlitze 36 biegeelastisch und bilden einander übergreifende Längsränder 37, so dass sich der Hohlraumquerschnitt 34 an schwindungsbedingte Querschnittsänderungen des Stranges anpassen kann.
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de Walzkaliber 43 bilden und, beispielsweise jeweils um 90'winkelversetzt : In einem Walzgerüst 44 aus über Stelltriebe 45 schwenkverstellbaren Walzenträgern 46 lagern.
Die Reduzierwalzen 41 sind über nur angedeutete Stelleinrichtungen 47 anstellbar in den Walzenträgern 46 abgestützt und wenigstens zwei einander gegenüberliegende Walzen 41 werden über einen Antrieb 48 im Masse des Strangvorschubes angetrieben.
Die der Verformungsvorrichtung 4 nachgeordnete Umlenkvorrichtung 6 umfasst eine Mehrzahl von Stützund Leitrollen 61, die entlang einer bogenförmigen Biegelinie 62 angeordnet sind und In eine Richtrollen 63 aufweisende Richtstrecke übergehen.
Schmelze S1 wird nun in den Kokillenhohlraum 34 der Raupenkokilie 3 eingebracht, so dass ein Strang mit gleichbleibendem Kreisquerschnitt entsteht. Während des Durchganges durch diese mitlaufende Raupenkokille 3 erstarrt die Aussenschicht des Stranges S2 und es bildet sich eine feste Schale, wobei die mitlaufenden Giessformen 33 der Glieder 32 bei günstigsten Reibungsverhältnissen für eine intensive Berührung zwischen Strang und Raupenketten und damit für eine rasche Wärmeabfuhr sorgen. Bel hohen Giessgeschwindigkeiten kann so bei entsprechender Wahl der Kokillenlänge eine bestimmte Schalendicke am Kokillenausgang erreicht werden.
Der austretende Strang S3 gelangt durch die Strangführung 5, die einen funktionssicheren und störungsfreien Übergang des Stranges mit sich bringt, in die Verformungsvorrichtung 4, wo dieser Strang mit Hilfe der Reduzierwalzen 41 bei fortschreitender Abkühlung konzentrisch reduziert wird und ein Strang S4 mit verbessertem Gefüge entsteht. Dieser Strang S4 wird nun durch die Leit- und Stützrolien 61 der Umlenkvorrichtung 6 aus der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung umgelenkt und durch die abschliessenden Richtrollen 63 wieder geradegerichtet, so dass ein Strang S5 in Form eines weiterverarbeitungsfähigen Rundprofils entsteht.
Ist die Stranggiessanlage 1 so ausgelegt, dass die Umlenkvorrichtung 6 ein weitgehend erstarrter Strang S5 verlässt, kann dieser Strang S5 als Vorprodukt zur Drahtherstellung genutzt und unmittelbar einer Drahtwalzstrasse 7 zugeführt werden, in der dieses Vorprodukt zu einem Walzdraht D abgewalzt und gleich zu Ringen 71 aufgewickelt wird.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Stranggiessanlage 11 vorgesehen, für die ähnliches gilt wie für die Stranggiessanlage 1 nach Fig. 1, so dass auch gleiche Bezugszeichen Verwendung finden und auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Bezug genommen wird. Allerdings ist diese Stranggiessanlage 1 so ausgelegt, dass die Umlenkvorrichtung 6 ein Strang S6 in Form eines Rundprofiles mit noch flüssigem Kern verlässt. Der Umlenkvorrichtung 6 sind nun eine Ablängstation 8 und eine Schneidstation 9 nachgeordnet, welche Ablängstation 8 ein auf einem längsverfahrbaren Werkzeugschlitten 81 sitzendes Quetschwerkzeug 82 aufweist und welche Schneidstation 9 Kappwerkzeuge 91 sowie eine nur mit einer Auffangwanne angedeutete Entleereinrichtung 92 umfasst.
Damit lässt sich der Strang S6
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stückweise zu Rohlingen R1 ablängen, die auf Grund des Quetschvorganges beidseits verschlossene Enden E besitzen. Diese Rohlinge R1 kommen in die Schneidstation 9, wo mit den Kappwerkzeugen 91 die belden Enden entfernt werden und das flüssige Kernmaterial in die Entleereinrichtung 92 abfliesst, so dass diese beiderends verschlossenen Rohlinge R1 in beiderends offene Rohrohre R2 umgewandelt werden, die dann als Vorprodukt zur Herstellung nahtloser Stahlrohre einsetzbar sind.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässen Stranggiessanlagen ist es möglich, auf rationelle Weise aus der Schmelze in einem Durchgang Walzdraht oder Rohrohre od. dgl. herzustellen.