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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, indem geschmolzener Stahl in eine Form einer kontinuierlich arbeitenden Giessmaschine eingegeben, die Form zum Bilden des Stranges abgekühlt und der Strang kontinuierlich aus der Form abgeführt wird, wobei die Form durch mindestens eine endlose sich bewegende Oberfläche (G) und eine sich mit der Oberfläche bewegende Dichtungsfläche gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbessern der Mikrostruktur des gegossenen Stahls, so dass er eine mittlere Stengelkornlänge von kleiner als 3,5 mm, gemessen in einer Querschnittsfläche des Stranges aufweist, der geschmolzene Stahl wenigstens teilweise in der Giessmaschine an der endlosen Formoberfläche verfestigt wird,
und dass der wenigstens teilweise verfestigte Gussstrang aus der Form bei einer Temperatur von wenigstens 1100 "C aus der Form gezogen und danach durch Besprühen mit einem Kühlmittel weiter abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Giessmaschine durch eine Umfangsrinne (G) in einem sich drehenden Gussrad (10) und ein die Umfangsrinne über einen Teil ihrer Länge verschliessenden Metallband (11) gebildet wird und dass die Form so abgekühlt wird, dass sich der geschmolzene Stahl an den Formwänden verfestigt und eine den Kern aus geschmolzenem Stahl umgebende Stahlhaut mit einer mittleren Dicke von mehr als 0,2 mm erhalten wird, wobei die mittlere gleichachsige Korngrösse in der Stahlhaut, gemessen in einer Querschnittsfläche des Stranges, kleiner als 0,4 mm ist.
3. Stranggussmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein sich drehendes Gussrad (10) mit einer Umfangsrinne (G), ein sich mit dem Gussrad bewegendes, endloses Metallband (11), das durch Führungsmittel (12, 13, 14) derart geführt wird, dass es den jeweils sich im unteren Teil des Rades erstreckenden Teil der Umfangsrinne verschliesst, so dass eine sich dauernd bewegende Stranggussform gebildet ist, Mittel (16, 16a) zum Giessen von geschmolzenem Stahl in das vordere Ende der Stranggussform, Mittel (19) zum Abführen des gegossenen Stahlstrangs vom hinteren Ende der Stranggussform, Mittel (S1 bis S5) zum Kühlen der Form und Mittel (21) zum Kühlen des aus der Form austretenden Strangs.
4. Stranggussmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ausrichtstation zum Geraderichten des aus der Form austretenden Stahlstrangs.
5. Stahlstrang, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mittlere Stengelkornlänge von weniger als 3,5 mm, gemessen in einer Querschnittsfläche des Strangs, und eine mittlere gleichachsige Korngrösse von weniger als 0,8 mm, gemessen in einem Bereich einer Querschnittsfläche des Strangs aufweist.
6. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Walzqualität besitzt, mit einer mittleren Länge der Dendriten von weniger als 2,5 mm und einem mittleren Abstand der Dendriten voneinander von mehr als 0,1 mm, gemessen in einer Querschnittsfläche des Strangs.
7. Stahlstrang nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen mittleren Abstand der Dendriten voneinander von grösser als 0.15 mm, gemessen in einer Querschnittsfläche des Strangs.
8. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche mit Porosität und Einschlüssen sich nur in einem Bereich um die Mittelachse des Strangs befinden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Stranggussmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 3.
Bei den üblichen kommerziell erprobten Verfahren für das Stranggiessen von Metallen wie Stahl, wird das geschmolzene Metall in eine offene vertikale Form gegossen.
Diese Form kühlt den Umfang des Metalls ab, wodurch eine verfestigte Metallhaut an der Formwand erhalten wird, die einen Strang umschliesst, der kontinuierlich aus dem Boden der Form gezogen wird, während von oben kontinuierlich geschmolzenes Metall in die Form gegossen wird. Die Schnelligkeit der Entnahme des gegossenen Metalls aus dem unteren Ende der Form ist auf das Volumen des in das obere Ende der Form gegossene geschmolzene Metall abgestimmt.
Nach dem Austritt aus der Form wird der heisse Strang abgekühlt, beispielsweise durch Besprühen des zur Hälfte festen Strangs mit Wasser, so dass ein vollständig verfestigter Strang erhalten wird. Das Kühlen des Strangs nach seinem Austritt aus der Form wird als sekundäre Kühlung bezeichnet und bewirkt die vollständige Verfestigung des Strangs vor einer nachfolgenden Bearbeitung. Diese Verfahren sind als Junghansverfahren oder Concastverfahren bekannt.
Bei den meisten Stranggussanlagen dieser Art ist die Achse der Form vertikal und der Strang tritt in Richtung vertikal nach unten aus der Form aus. Nach der vollständigen Verfestigung des Strangs werden Stücke mit der gewünschten Länge vom sich bewegenden Strang abgeschnit ten. Da der Strang vor dem Schneiden völlig verfestigt sein muss, muss die Gussgeschwindigkeit mit der vertikalen Län ge des Strangs in Beziehung gesetzt werden; d. h. die Gussge schwindigkeit muss so begrenzt werden, dass sich der Strang innerhalb eines vernünftigen Abstands zwischen der Form und der Schneidestation vollständig verfestigt, da sonst die Anlagekosten zu hoch werden.
Beim Giessen von Stahl hat dieses Problem, wegen der hohen Temperatur des geschmolzenen Stahls und der da durch benötigten längeren Zeit zur vollständigen Verfe stigung des Strangs, besondere Bedeutung. Beispielsweise beträgt in einer typischen Junghans-Stranggussanlage der Abstand zwischen der Form und der Schneidestation etwa
20 m und sogar dieser grosse Abstand begrenzt die Gussge schwindigkeit auf einen Wert, der kleiner ist als der theoretisch mögliche Wert.
Zum Verringern des vertikalen Abstands zwischen Form und Schneidestation wurde vorgeschlagen, den Strang in einer vertikal angeordneten Form zu giessen und dann den austretenden Strang in einer vertikalen, sekundären Kühlzone zu kühlen, in der Strang durch Rollen gestützt wird.
Der Strang wird dann durch Paare von Druckrollen gegen eine Horizontale gebogen. In solchen Anlagen wird der
Strang über einen Winkel von 90" gebogen, so dass die Horizontale eine Tangente zum gebogenen Strang bildet. Am Tangentenpunkt wird der Strang durch weitere Paare von
Druckrollen gerade gerichtet und dann in horizontaler Rich tung zu einer Schneidestation transportiert. Dadurch kann zwar die Höhe der Anlage etwas verringert werden, jedoch wird ein Biegebogen mit relativ grossem Radius benötigt.
Sogar bei einem grossen Radius ist jedoch das Biegen und Zurückbiegen des verfestigten Strangs ohne Risse oder son stige Beschädigungen des Strangs schwierig.
Eine weitere Verringerung der Höhe und der Gesamtlän ge von Stranggussmaschinen wurde durch die Verwendung einer Form mit einem gekrümmten Formhohlraum erzielt, so dass der Strang bereits gekrümmt aus der Form austritt.
Jedoch sind Formen mit gekrümmten Hohlräumen nicht völlig befriedigend. Formhohlräume werden gewöhnlich mit einer Kupferauskleidung versehen zur Erzielung einer guten
Wärmeleitung. Gekrümmte Kupferauskleidungen sind jedoch teurer in der Herstellung und Instandhaltung als gerade Kupferauskleidungen für gerade Formhohlräume. Ferner ist das Ausrichten einer Form mit einem gekrümmten Formhohlraum schwieriger als das Ausrichten einer Form mit einem geraden Hohlraum. Jedoch muss ein Strang, der geradlinig aus einem geraden Formhohlraum austritt, gebogen werden und dieses Biegen benötigt einen grösseren vertikalen Raum verglichen mit dem für Maschinen mit gekrümmten Formhohlräumen notwendigen vertikalen Raum.
Die mit einer Junghans-Stranggussmaschine durch das Biegen des austretenden Strangs erzielten Vorteil werden durch die vorstehend genannten Schwierigkeiten verringert.
Zusätzlich zu den Bestrebungen den für das Stranggiessen nötigen vertikalen Raum zu verringern war man auch bestrebt, die Gussgeschwindigkeit zu vergrössern. Es ist bekannt, dass durch die kontinuierliche Bewegung zwischen Strang und Form Wärme von dem sich verfestigenden Strang zur Formwand transportiert und dadurch die Gussgeschwindigkeit begrenzt wird. Die stärkste Zunahme der Giessgeschwindigkeit wurde durch oszillierendes Bewegen der Form längs eines kurzen Weges in Gussrichtung erzielt, wie es von Junghans in der US-PS Nr. 2 135 183 (U.S. Klasse 164-83) beschrieben ist. Für das Giessen von Stahl ist eine oszillierende Bewegung der Form von etwa 1/10 bis 1/30 Länge der Form, beispielsweise 4 mm bis 5 cm erforderlich.
Bei Anlagen mit Formen, die gekrümmte Formhohlräume haben, werden die Formen längs eines Bogens in oszillierende Bewegung versetzt, dessen Krümmung der Krümmung des Weges entspricht, längs dem der Strang von der Form geführt wird. Wenn jedoch eine Form mit einem geraden Hohlraum verwendet wird - um die oben genannten Schwierigkeiten mit gekrümmten Formhohlräumen zu vermeiden darf der Strang erst in einem solchen Abstand von der Form gebogen werden, dass zwischen dem unteren Rand der Form und dem Strangteil auf der Innenseite des gekrümmten Strangwegs keine Reibung auftritt. Dies bedingt jedoch eine Vergrösserung des vertikalen Raums. Untersuchungen haben ferner gezeigt, dass bei einem mit hoher Gussgeschwindigkeit in einen geraden Formhohlraum gegossenen Strang, der anschliessend gebogen wird, besonders häufig innere Fehler und Oberflächenrisse auftreten.
Ein wesentlich ernsteres Problem, das bei geraden und gekrümmten Formhohlräumen auftritt, ist die Schwierigkeit bei hohen Gussgeschwindigkeiten eine befriedigende Oberflächenbeschaffenheit des gegossenen Strangs zu erzielen.
Ein mit einer oszillierenden Form hergestellter Strang besitzt auf seiner Oberfläche Oszillationsmarken oder -ringe, die sich um den Strang erstrecken. Infolge der Reibung zwischen dem sich vorwärts bewegenden Strang und der oszillierenden Formwand werden der dünnen verfestigten Metallhaut des Strangs axiale Spannungen aufgedrückt. Diese Wechselspannungen können Oberflächenrisse oder andere Fehler in Abständen längs des Strangs bewirken, welche Fehler gewöhnlich sich um den Strang erstreckende Ringe bilden. Diese Ringe haben voneinander einen Abstand, der gleich dem Weg des Strangs zwischen aufeinanderfolgenden Schwingbewegungen der Form ist. Das heisst, wenn die gesamte Vorwärtsbewegung des Strangs zwischen dem Beginn einer Rückwärtsbewegung der Form und dem Beginn der nächsten Rückwärtsbewegung der Form 5 cm beträgt, ha ben auch die Ringe einen Abstand von 5 cm.
Die Breite der
Ringe, d.h. die Längsabmessung des Strangs über die sich die Fehler erstrecken, hängt von den Bedingungen beim
Giessen des Strangs ab. Durch extreme Sorgfalt und eine kleine Giessgeschwindigkeit, lassen sich die Fehler zum grössten Teil vermeiden. Im allgemeinen ist die Breite der
Ringe abhängig von der Zeitdauer der Rückwärtsbewegung der Form. Wenn die Rückwärtsbewegung der Form 1/4 der Zeit eines vollen Bewegungszyklusses benötigt, bedecken die Ringe mindestens 1/4 der Oberfläche des Strangs.
Diese Ringe besitzen eine rauhe Oberfläche, häufig mit Oberflächenrissen und Fehler infolge des Austritts von geschmolzenem Metall durch Risse in der verfestigten Haut des Strangs und nachfolgendes Verfestigen des Metalls. Die kristalline Struktur des unmittelbar unter den Ringen liegenden Metalls ist gestört und unregelmässig.
Im Falle von Nichteisenmetallen (NE Metallen) sind diese Fehler unerwünscht, aber nicht gefährlich. In vielen Fällen kann der Strang ungeachtet seiner Oberflächenfehler ohne Schwierigkeit stranggespresst, gewalzt oder sonstwie bearbeitet werden. In anderen Fällen genügt die Abtragung einer dünnen Oberflächenschicht zur Entfernung dieser Fehler. Im Falle von Stahl können jedoch solche Oberflächenfehler nicht toleriert werden und sie können auch nicht durch eine einfache Behandlung der Oberfläche des Strangs entfernt werden. Der ökonomische Strangguss von Stahl in einer Junghansmaschine erfordert ferner eine weit grössere Giessgeschwindigkeit als beim Stranggissen von NE Metallen. Jedoch vergrössern sich mit der Giessgeschwindigkeit auch die Schwierigkeiten.
Beim Stranggiessen von NE Metallen ist eine Giessgeschwindigkeit von 75 bis 150 cm pro Minute möglich, wobei bei dieser Geschwindigkeit die Ober flächenfehler tolerierbar sind. Beim Stranggiessen von Stahl mit einer Junghansmaschine beträgt die Giessgeschwindigkeit bis 500 cm pro Minute. Jedoch wird dieser Vorteil dadurch beinträchtigt, dass gerade bei dieser und bei grösseren Geschwindigkeiten die Oberflächenfehler innerhalb der Ringe oft sehr schwerwiegend sind. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringen ist die Oberfläche gewöhnlich gut und die innere kristalline Struktur annehmbar.
Die theoretisch ideale Stranggussform ist lang und über ihre ganze Länge gekrümmt. Da dies jedoch praktisch nicht möglich ist, wurden andere Anordnungen vorgeschlagen.
Es wurde vorgeschlagen, endlose Träger zu verwenden wie rotierende Trommeln, Räder u. dgl. oder sich bewegende endlose Bänder oder Ketten aus Formabschnitten, die zu Beginn des Verfestigungsprozesses zu einer Form zusammengefügt und am Ende des Verfestigungsprozesses zur Freigabe des verfestigten Metalls wieder getrennt werden. Da die Oberfläche solcher beweglicher Träger während des Verfestigungsprozesses in bezug zum Metall unbeweglich bleibt, werden ausgezeichnete Bedingungen für die Verfestigung des Metalls erhalten, so dass dieses eine gute kristalline Struktur und eine glatte Oberfläche aufweist. Diese Anordnungen bieten zwar in der Theorie viele Vorteile sind jedoch in der
Praxis unbefriedigend. Konstruktive und betriebliche
Schwierigkeiten bereiten so viele Hindernisse, dass diese Anordnungen für den kommerziellen Strangguss kaum ver wendet werden.
Für das Stranggiessen von Stahl sind oszillierende For men mit gekrümmten Formhohlräumen am besten geeignet.
Solche Formen ermöglichen die Verringerung der Höhe der
Stranggussanlage und die Vergrösserung der Giessgeschwin digkeit. Es ergeben sich dabei jedcoh die oben genannten
Schwierigkeiten mit den oszillierenden, gekrümmten Form auskleidungen.
Zum Stranggiessen von Aluminium und anderen NE
Metallen werden auch horizontale Formen verwendet, in die das geschmolzene Metall über einen feuerfesten Einguss ein gefüllt wird, der sich durch die Stirnwand der Form er streckt. Beim Stranggiessen von Aluminium wird der Ein guss durch das geschmolzene Aluminium nicht benetzt und bleibt sauber. Beim Stranggiessen von Stahl und insbeson dere, wenn die Verwendung einer oszillierenden Form ge wünscht wird, kann eine horizontale Form mit einem feuer festen Einguss nicht verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass geschmolzener Stahl den Einguss benetzt und sich um diesen herum verfestigt. Der verfestigte Stahl bildet in der Form ein falsches Rohr, das sich über die Länge der Form erstreckt und ein Ausbrechen von Metall am Ausgangsende der Form bewirkt.
Ferner beeinflusst die Lage und Richtung des in die Form fliessenden Stroms aus geschmolzenem Metall sehr stark den Verfestigungsprozess und damit das erhaltene Produkt.
Bei einer horizontalen Stranggussform muss auch das geschmolzene Metall horizontal in die Form fliessen, wodurch geschmolzenes Metall über bereits sich an der Formwand verfestigendes Metall läuft. Dies bewirkt ein neuerliches Schmelzen des verfestigten Metalls und oft ein Lecken von geschmolzenem Metall zur Oberfläche des Strangs. Wenn die Geschwindigkeit des in die Form fliessenden Metalls hoch ist oder so ist, dass im geschmolzenen Metall Turbulenzen auftreten, so werden Gasblasen, Oxidteilchen, Schmutzteilchen und Schlackenteilchen von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dieses hineingezogen und eingeschlossen. Dadurch entstehen im Strang Löcher, Einschlüsse oder Lunker, und manchmal sogar eine grosse Porosität.
Zudem hat ein horizontaler Lage verfestigter Strang infolge der Schwerkraft innere Unterschiede über seinen Querschnitt. Beispielsweise neigen einzelne Gasblasen und leichte Teilchen zum Aufsteigen zur Oberfläche des Strangs. Dadurch kann zwar die Mitte des Strangs gut sein, jedoch ein Bereich des Strangs nahe der Oberfläche Poren oder Einschlüsse aufweisen. Die zum Zentrum versetzten Fehler sind oft gefährlicher als im Zentrum befindliche Fehler, da sie nicht vorhersehbare Änderungen bei einer nachfolgenden Bearbeitung des Strangs, z. B. Warmwalzen zu einer Stange, bewirken können. Es ist erwünscht, dass die geschmolzene Metallmasse oben frei ist, so dass eingeschlossene Gase und andere Verunreinigungen nicht im sich verfestigenden Strang oder nur in dessen Mitte eingeschlossen werden, wo sie am wenigsten schädlich sind.
Beim Giessen eines Strangs mit rechteckigem Querschnitt in einer horizontalen Form verfestigen sich die Oberseite und Unterseite des Strangs am schnellsten, da sie am schnellsten gekühlt werden. Durch das sich daraus ergebende Schrumpfen wird insbesondere die Oberseite des Strangs von der Formwand abgehoben bevor sie sich von der flüssigen Metallmenge weit weg bewegt hat, wodurch die anfänglich schnelle Kühlung verlangsamt wird. Da die Kanten und Flächen des Strangs nicht gleichmässig schrumpfen, sind die Kühlgeschwindigkeiten und damit die Temperaturen, Spannungen und Dicke der verfestigten Haut von einer Fläche des Strangs zur anderen verschieden. Diese Nachteile nehmen mit höheren Giessgeschwindigkeiten zu, wodurch sich beim Bewegen des Metalls durch die Form auf dem Strang helle und dunkle Bereiche bilden.
Die hellen Bereiche zeigen meist Stellen und Temperaturen an, an denen ein nochmaliges Schmelzen der verfestigen Haut auftreten kann. Das nochmalige Schmelzen tritt durch den Transport von Wärme vom noch heissen Inneren des Strangs nach aussen auf.
An diesen Stellen können die Spannungen in der verfestigten Haut Oberflächenrisse erzeugen, welche Ausbrüche oder andere Oberflächenfehler bewirken können.
Die ungleichen Spannungen haben noch die unerwünschte Folge, dass sich die Form des Strangs ändert, eine Erscheinung, die als rhombische Verformung bekannt ist, und das nachfolgende Bearbeiten des Strangs erschwert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Stranggiessen von Stahl.
Das erfindungsgemäss Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Die erfindungsgemässe Stranggussmaschine ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Die Form besteht vorzugsweise aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Form, d. h. das Stranggussrad und das Band, wird durch direktes Besprühen mit einem Kühlmittel oder durch Zirkulieren des Kühlmittels, z.B. Wasser, durch die Form, abgeschreckt.
Die Formrinne kann verschiedene Querschnittsformen besitzen, beispielsweise eine halbkreisförmige oder angenähert rechteckige Querschnittsform. Als vorteilhaft hat sich auch eine trapezoidförmige Querschnittsform mit kleinen Freiwinkeln (7l4o) an den Seiten und einem Verhältnis von Breite zu Tiefe von 1:1 bis 1,5:1 oder grösser erwiesen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der aus der Form austretende Strang längs eines mit Stützmitteln versehenen Weges zu einer horizontalen Kühlzone zum endgültigen Kühlen geführt.
Die Stützmittel können durch eine Reihe von Stützelementen gebildet sein mit Oberflächen, welche den Strang umfassen und führen. Die Stützelemente können Einrichtungen zum zwangsweisen Führen des Strangs zur nächsten Bearbeitungsstation aufweisen. Der Strang folgt dabei vorzugsweise einem Weg mit progressiv zunehmendem Radius bis er gerade gestreckt ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Anpassung der Wärmeübergangsgeschwindigkeit an den Verfestigungsprozess. Da der geschmolzene Stahl kontinuierlich in eine Form mit relativ grosser Masse eingefüllt wird, bildet die Form eine Wärmesenke, so dass die Wärmeübergangsgeschwindigkeit zunächst sehr hoch ist, wodurch der Stahl rasch gekühlt wird und sich eine relativ dicke, feste Stahlhaut bildet. Später ist die Wärmeübergangsgeschwindigkeit kleiner, so dass die Verfestigungsfront richtig wachsen kann.
Der auf diese Weise erhaltene Strang hat eine bessere innere Qualität und eine bessere Oberflächenqualität als ein Strang, der mit einem bekannten Stranggussverfahren erhalten wird. Beispielsweise ist die Oberfläche des Strangs frei von Überlappungen und Säumen, wie sie gewöhnlich bei oszillationsmarken auftreten. Infolge des erfindungsgemässen Stranggussverfahrens, der Verwendung einer langen Stranggussform und einer grossen Stranggussgeschwindigkeit hat der erhaltene Strang eine dünnere Zunderschicht (Oxidschicht) auf seiner Oberfläche als ein Strang, der mit einem bekannten Verfahren erhalten wurde.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stranggussmaschine nach der Erfindung mit einem drehbaren Gussrad, das eine Umfangsrinne hat, und mit einem endlosen Metallband, das die Rinne über einen Teil ihrer Länge verschliesst, und
Fig. 2 bis 11 Stufendiagramme der Eigenschaften eines mit einem erfindungsgemässen Stranggussverfahren erhaltenen Strangs und eines mit einem bekannten Stranggussverfahren erhaltenen Strangs.
Die in Fig. 1 dargestellte Stranggussmaschine umfasst ein Gussrad 10 mit einem Radius von 1 bis 1,5 m dessen Umfang mit einer Rinne versehen ist und ein endloses flexibles Metallband 11, das durch Bandrollen 12, 13 und 14 gegen einen Teil des Umfangs des Rads 10 gepresst wird. Die Bandrolle 12 ist nahe dem Punkt des Rads 10 angeordnet, an dem geschmolzener Stahl durch eine Giesspfanne 16 in die Form M gegossen wird, die durch das Band 11 und die sich um das
Rad 10 erstreckende Umfangsrinne G gebildet wird. Die
Bandrolle 14 ist benachbart dem Punkt des Rads 10 angeordnet, an dem der teilweise verfestigte Strang B aus dem
Rad 10 austritt.
Die Aussenfläche des Rads und des Bandes werden durch ein Kühlmittel dauernd gekühlt, beispielsweise durch Sprühen des Kühlmittels aus Düsen im Verteiler S1 auf der Innenseite der Umfangsrinne und aus Düsen (nicht dargestellt) in den Verteilern S2, S3 und S4 auf der Aussenseite der Umfangsrinne. Jede Düse ist vorzugsweise einstellbar, zum Ändern der gesprühten Kühlmittelmenge. In den Leitungen, welche das Kühlmittel zu den Düsen und/oder Verteilern führen sind einstellbare Ventile zum Starten und Stoppen des Kühlmittelflusses und zum Ändern der Kühlmitteldurchflussmenge angeordnet. Auf die Bandrolle 14 folgt eine Biegestation 18, welche zum Geraderichten des aus dem Rad 10 austretenden gekrümmten Strangs dient. Die Biegestation 18 hat mehrere Stützrollen 19, die von einem Rahmen (nicht dargestellt) getragen werden.
Benachbart und oberhalb der Bandrolle 14 ist ein Nachkühlverteiler 21 angeordnet, der aus seinen Düsen Kühlmittel aus den aus dem Rad 10 austretenden Strang sprüht.
Die Stützrollen 19 können angetrieben oder nicht angetrieben sein. Jedoch sind in den meisten Fällen mindestens einige Stützrollen angetrieben um das Strecken des Strangs zu unterstützen. Seitenführungsrollen (nicht dargestellt) können zu beiden Seiten des Wegs vorgesehen sein um den Strang auf diesem Weg zu führen.
Im Betrieb der Anlage wird der geschmolzene Stahl aus der Giesspfanne 16 durch einen sich nach abwärts erstrekkenden Ausguss 1 6a in die Umfangsrinne G des Gussrades
10 gegossen. Das Austrittsende des Ausgusses 16a ist so nahe als möglich beim Anfang der gebogenen Form angeordnet, so dass der geschmolzene Stahl direkt vom Ausguss in die Form fliesst. Der Fluss des Stahls und die Winkelgeschwindigkeit des Gussrades werden so reguliert, dass der in die gebogene Form gegossene Stahl so rasch vom Ausguss 1 6a wegtransportiert wird als geschmolzener Stahl durch den Ausguss 1 6a in die Form fliesst, so dass sich der Spiegel des geschmolzenen Stahls in der Form immer auf gleicher Höhe befindet.
Der Kühlmittelfluss durch die Leitungen zu den Verteilern Sl bis S4 ist so eingestellt, dass die gewünschte Menge Kühlmittel an das Metallband und das Gussrad geliefert wird, wodurch die Kühlgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls bei seiner Bewegung um die gebogene Form geregelt wird. Das relativ grosse Gussrad 10 wirkt als Wärmesenke, so dass die vom geschmolzenen Metall an die gebogene Form abgegebene Wärme über das relativ grosse Gussrad 10 verteilt wird, wobei gleichzeitig die relativ grosse Oberfläche des Gussrads durch von den Düsen der Verteiler abgegebenes Kühlmittel gekühlt wird. Dadurch wird das geschmolzene Metall an den Oberflächen von Gussrand und Band rasch abgekühlt und verfestigt.
Durch die dauernde Abfuhr von Wärme vom teilweise verfestigten Strang über das Gussrad, das Band und das Kühlmittel wird eine progressive und gleichmässige Verfestigung von der Oberfläche des Strangs aus bis zu dessen Mitte erzielt.
Das Band 11 kommt beim Ablaufen von der Bandrolle 12 im oberen Teil des Gussrads 10 in Kontakt mit der ringförmigen Rinne G des Rades 10 und bewegt sich zusammen mit der Rinne nach abwärts und dann nach aufwärts, bis es die Bandrolle 14 erreicht, worauf das Band vom Rad 10 weggeführt wird. Die aus der Umfangsrinne G und dem Band 11 bestehende Form M ist eine lange gebogene Form, die sich dauernd mit der Drehung des Rades 10 bewegt. Der in der Form M gegossene Strang ist gleich gebogen wie die Form, bis er dieser entnommen wird. Zum Entfernen des Strangs aus der Form wird der Radius des Strangs vergrössert und dann der Strang mit progressiv zunehmendem Radius gerade gerichtet, wenn er durch die Biegestation 18 der Anlage läuft.
Die Rollen 19 führen den Strang längs seines Ausrichtwegs oberhalb des Rades 10, wobei mindestens 1 Paar Führungsrollen 19 angetrieben werden, um den Strang B vom Rad 10 wegzuziehen. Die Zugkräfte und die von den unter dem Strang B angeordneten Führungsrollen auf den Strang B ausgeübten Hebelkräfte bewirken ein Geraderichten des Strangs. Durch das kontinuierliche Ausrichten des Strangs bei seiner Bewegung weg vom Gussrad werden im Strang innere Spannungen erzeugt. Die Grösse dieser Spannungen kann durch Verkleinern oder Vergrössern der Temperatur des Strangs, wenn sich dieser durch die Biegestation 18 bewegt, vergrössert oder verkleinert werden.
Durch Ändern der vom Verteiler 21 benachbart dem Austritt des Strangs aus dem Gussrad gelieferten Kühlmittelmenge kann die Temperatur des sich durch die Biegestation 18 bewegenden Strangs geändert und geregelt werden, wodurch die inneren Spannungen im Strang B während seiner Bewegung durch die Biegestation 18 eingestellt werden können. Bei seinem Austritt aus dem Gussrad ist der Strang am stärksten gebogen und wird dann bei seiner Bewegung durch die Biegestation 18 mehr und mehr gerade gerichet. Der Verteiler 21 liefert Kühlmittel an den Strang bei seinem Austritt aus dem geschlossenen Teil der Form, um zu gewährleisten, dass der Strang vollständig fest ist bevor er die Höhe des Spiegels des geschmolzenen Metalls benachbart dem Ausguss 1 6a erreicht.
Dadurch wird vermieden, dass der innere Kern aus geschmolzenem Metall im Strang einen negativen Druck erzeugt und ein Hohlraum im Strang gebildet wird. Die vom Verteiler 21 gelieferte Menge Kühlmittel kann eingestellt werden, wodurch die Temperatur und damit die inneren Spannungen des Strangs bei seinem Austritt aus der Form beeinflusst werden können.
Infolge der relativ grossen Länge der durch das Band 11 und die Umfangsrinne G des Gussrades 10 gebildeten gebogenen Form kann das Gussrad sich mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit drehen, wobei trotzdem die gewünschte Verfestigung des geschmolzenen Metalls erhalten wird. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Form M einen trapezoidförmigen Querschnitt mit der kleinen Abmessung im inneren Teil der Umfangsrinne und mit der grossen Abmessung benachbart dem Band 11. Der in der Stranggussmaschine gegossene Strang hat eine grösste Breite von 66 mm und eine kleinste Breite von 53 mm sowie eine Tiefe von 48 mm. Der Krümmungsradius zwischen der kleinsten Seite mit den beiden schrägen Seiten des Strangquerschnitts beträgt angenähert 6,4 mm. Der Strang kann, wenn gewünscht, auch andere Grössen und Formen besitzen.
Die relativ hohe Winkelgeschwindigkeit des Gussrades bewirkt, dass der Strang B mit relativ hoher linearer Geschwindigkeit vom Gussrad austritt, so dass der Strang mit grosser Geschwindigkeit zur nächsten Bearbeitungsstation, beispielsweise einer Walzeinrichtung, transportiert wird. Die schnelle Bewegung des Strangs und das Eingeschlossensein des Strangs in einer relativ langen Form verringert die Neigung zur Bildung von Zunder auf der Oberfläche des Strangs.
Es wurden die Eigenschaften eines mit der erfindungsgemässen Stranggussmaschine nach Fig. 1 hergestellten Stahlbarrens sowie eines mit einer Concast -Stranggussmaschine mit einer oszillierenden gekrümmten Form hergestellten Barrens gemessen. Die Messergebnisse sind in den Fig. 2 bis 11 dargestellt. Diese Figuren zeigen Stufendiagramme, in denen die Ergebnisse der Messungen am auf bekannte Art stranggegossenen Barren mit PA bezeichnet sind.
Die Fig. 2 bis 8 zeigen Messergebnisse an langen Stücken des erfindungsgemäss hergestellten Stahlbarrens und eines auf bekannte Art hergestellten Stahlbarrens. In Fig. 2 ist die Dicke der abgeschreckten Schicht der beiden Barren angegeben. Bei dem auf bekannte Weise hergestellten Barren beträgt die mittlere Dicke der abgeschreckten Schicht etwa 0,2 mm und bei dem auf erfindungsgemässe Weise hergestellten Barren mehr als 1 mm.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die mittlere gleichachsige Korngrösse in der abgeschreckten Schicht beim auf bekannte Art hergestellten Barren angenähert 0,4 mm und beim auf erfindungsgemässe Weise hergestellten Barren 0,35 mm beträgt.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass die mittlere Stengelkornlänge beim auf bekannte Art hergestellten Barren 7,8 mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 3 mm beträgt.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass die mittlere Stengelkorndicke beim auf bekannte Art hergestellten Barren 1 mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 0,67 mm beträgt.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass die mittlere Dendritenlänge beim auf bekannte Art hergestellten Barren 3,8 mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 2,3 mm beträgt.
Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass beim auf bekannte Weise hergestellten Barren der mittlere Dendritenabstand 0,1 mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 0,18 mm beträgt.
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die mittlere sekundäre Armlänge der Dendriten beim auf bekannte Art hergestellten Barren 0,05 mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 0,12 mm beträgt.
Fig. 9 ist ein Stufendiagramm von-Messungen der gleichachsigen Kerngrösse an kurzen Barrenstücken. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass der auf bekannte Art hergestellte Barren eine mittlere gleichachsige Korngrösse in Barrenlängsrichtung von 1,08 mm und der erfindungsgemäss hergestellte Barren eine mittlere gleichachsige Korngrösse in Barrenlängsrichtung von 0,76 mm hat.
Fig. 10 und 11 sind Stufendiagramme von Messungen an in Längsrichtung geschnittenen Barrenstücken. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, dass die mittlere Stengelkornlänge beim auf bekannte Weise hergestellten Barren 3,8 mm und beim erfin dungemäss hergestellten Barren 2,4 mm beträgt.
Aus Fig. 11 ist ersichtlich, dass die mittlere Stengelkorndicke beim auf bekannte Weise hergestellten Barren 1, t mm und beim erfindungsgemäss hergestellten Barren 0,8 mm beträgt.
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PATENT CLAIMS
1. A method of continuously casting steel by inserting molten steel into a mold of a continuous casting machine, cooling the mold to form the strand, and continuously removing the strand from the mold, the mold passing through at least one endless moving surface (G) and a sealing surface moving with the surface is formed, characterized in that to improve the microstructure of the cast steel so that it has an average stem grain length of less than 3.5 mm, measured in a cross-sectional area of the strand, the molten steel at least partially is solidified in the casting machine on the endless mold surface,
and that the at least partially solidified cast strand is pulled out of the mold at a temperature of at least 1100 ° C. and then cooled further by spraying with a coolant.
2. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the casting machine is formed by a peripheral groove (G) in a rotating cast wheel (10) and a metal band (11) which closes the peripheral groove over part of its length, and that the shape is such it is cooled that the molten steel solidifies on the mold walls and a steel skin surrounding the core of molten steel with an average thickness of more than 0.2 mm is obtained, the mean coaxial grain size in the steel skin, measured in a cross-sectional area of the strand , is less than 0.4 mm.
3. Continuous casting machine for performing the method according to claim 1, characterized by a rotating cast wheel (10) with a circumferential groove (G), an endless metal belt (11) moving with the cast wheel, which is guided by guide means (12, 13, 14) is guided in such a way that it closes the part of the circumferential groove which extends in the lower part of the wheel, so that a continuously moving continuous casting mold is formed, means (16, 16a) for pouring molten steel into the front end of the continuous casting mold, means ( 19) for removing the cast steel strand from the rear end of the continuous mold, means (S1 to S5) for cooling the mold and means (21) for cooling the strand emerging from the mold.
4. Continuous casting machine according to claim 3, characterized by an alignment station for straightening the steel strand emerging from the mold.
5. Steel strand, produced by the method according to claim 1, characterized in that it has an average stem grain length of less than 3.5 mm, measured in a cross-sectional area of the strand, and an average coaxial grain size of less than 0.8 mm, measured in has a region of a cross-sectional area of the strand.
6. Steel strand according to claim 5, characterized in that it has a rolling quality, with an average length of the dendrites of less than 2.5 mm and an average distance between the dendrites of more than 0.1 mm, measured in a cross-sectional area of the strand .
7. Steel strand according to claim 6, characterized by an average distance between the dendrites of greater than 0.15 mm, measured in a cross-sectional area of the strand.
8. Steel strand according to claim 5, characterized in that areas with porosity and inclusions are located only in an area around the central axis of the strand.
The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a continuous casting machine according to the preamble of claim 3.
In the usual commercially proven processes for the continuous casting of metals such as steel, the molten metal is poured into an open vertical mold.
This mold cools the circumference of the metal, resulting in a solidified metal skin on the mold wall that encloses a strand that is continuously drawn from the bottom of the mold while continuously pouring molten metal into the mold from above. The speed at which the cast metal is removed from the lower end of the mold is matched to the volume of the molten metal poured into the upper end of the mold.
After exiting the mold, the hot strand is cooled, for example by spraying the half-solid strand with water, so that a completely solidified strand is obtained. Cooling the strand after it exits the mold is referred to as secondary cooling and causes the strand to fully solidify before subsequent processing. These processes are known as Junghans processes or Concast processes.
In most continuous casting plants of this type, the axis of the mold is vertical and the strand emerges from the mold in the vertical downward direction. After the strand has fully solidified, pieces of the desired length are cut from the moving strand. Since the strand must be fully solidified prior to cutting, the casting speed must be related to the vertical length of the strand; d. H. the casting speed must be limited in such a way that the strand solidifies completely within a reasonable distance between the mold and the cutting station, otherwise the system costs will be too high.
When casting steel, this problem is of particular importance because of the high temperature of the molten steel and the longer time it takes to completely solidify the strand. For example, in a typical Junghans continuous casting plant, the distance between the mold and the cutting station is approximately
20 m and even this large distance limits the casting speed to a value that is less than the theoretically possible value.
To reduce the vertical distance between the mold and the cutting station, it has been proposed to cast the strand in a vertically arranged mold and then to cool the emerging strand in a vertical, secondary cooling zone in which the strand is supported by rollers.
The strand is then bent against a horizontal by pairs of pressure rollers. In such plants the
The strand is bent through an angle of 90 ", so that the horizontal forms a tangent to the curved strand. At the tangent point, the strand is separated by further pairs of
Pressure rollers straightened and then transported in the horizontal direction to a cutting station. Although the height of the system can be reduced somewhat, a bending arc with a relatively large radius is required.
Even with a large radius, however, bending and bending back the solidified strand without cracks or other damage to the strand is difficult.
A further reduction in the height and overall length of continuous casting machines was achieved by using a mold with a curved mold cavity, so that the strand emerges from the mold in a curved manner.
However, shapes with curved cavities are not entirely satisfactory. Mold cavities are usually lined with copper to achieve a good one
Heat conduction. However, curved copper liners are more expensive to manufacture and maintain than straight copper liners for straight mold cavities. Furthermore, aligning a shape with a curved cavity is more difficult than aligning a shape with a straight cavity. However, a strand that emerges in a straight line from a straight mold cavity must be bent and this bending requires a larger vertical space compared to the vertical space required for machines with curved mold cavities.
The advantages achieved with a Junghans continuous casting machine by bending the emerging strand are reduced by the difficulties mentioned above.
In addition to the efforts to reduce the vertical space required for continuous casting, efforts were also made to increase the casting speed. It is known that the continuous movement between the strand and the mold transports heat from the solidifying strand to the mold wall, thereby limiting the casting speed. The greatest increase in casting speed has been achieved by oscillating the mold along a short path in the casting direction, as described by Junghans in U.S. Patent No. 2,135,183 (U.S. Class 164-83). For the casting of steel, an oscillating movement of the mold of approximately 1/10 to 1/30 length of the mold, for example 4 mm to 5 cm, is required.
In systems with molds which have curved mold cavities, the molds are set in oscillating motion along an arc, the curvature of which corresponds to the curvature of the path along which the strand is guided by the mold. However, if a mold with a straight cavity is used - in order to avoid the above-mentioned difficulties with curved mold cavities, the strand may only be bent at such a distance from the mold that between the lower edge of the mold and the strand part on the inside of the curved String friction no friction occurs. However, this requires an increase in vertical space. Studies have also shown that internal defects and surface cracks occur particularly frequently when a strand is poured into a straight mold cavity at a high casting speed and is subsequently bent.
A much more serious problem that occurs with straight and curved mold cavities is the difficulty in achieving a satisfactory surface finish of the cast strand at high casting speeds.
A strand made with an oscillating shape has on its surface oscillation marks or rings that extend around the strand. As a result of the friction between the advancing strand and the oscillating mold wall, axial stresses are exerted on the thin, solidified metal skin of the strand. These AC voltages can cause surface cracks or other defects at intervals along the strand, which defects usually form rings extending around the strand. These rings are at a distance from one another which is equal to the path of the strand between successive oscillating movements of the mold. This means that if the total forward movement of the strand is 5 cm between the beginning of a backward movement of the mold and the beginning of the next backward movement of the mold, the rings are also 5 cm apart.
The width of the
Rings, i.e. the longitudinal dimension of the strand over which the defects extend depends on the conditions at
Pour off the strand. With extreme care and a low pouring speed, the mistakes can be largely avoided. Generally the width is the
Rings depending on the duration of the backward movement of the shape. If the backward movement of the mold takes 1/4 of the time of a full movement cycle, the rings cover at least 1/4 of the surface of the strand.
These rings have a rough surface, often with surface cracks and defects due to the leakage of molten metal due to cracks in the solidified skin of the strand and subsequent solidification of the metal. The crystalline structure of the metal immediately below the rings is disturbed and irregular.
In the case of non-ferrous metals (NE metals) these errors are undesirable but not dangerous. In many cases, regardless of its surface defects, the strand can be extruded, rolled or otherwise processed without difficulty. In other cases, the removal of a thin surface layer is sufficient to remove these defects. In the case of steel, however, such surface defects cannot be tolerated and cannot be removed by simply treating the surface of the strand. The economic continuous casting of steel in a Junghans machine also requires a much higher casting speed than the continuous casting of non-ferrous metals. However, the difficulties increase with the casting speed.
When casting non-ferrous metals, a casting speed of 75 to 150 cm per minute is possible, at which speed the surface defects can be tolerated. When continuously casting steel with a Junghans machine, the casting speed is up to 500 cm per minute. However, this advantage is impaired by the fact that the surface defects within the rings are often very serious at this speed and at higher speeds. Between successive rings, the surface is usually good and the internal crystalline structure acceptable.
The theoretically ideal continuous casting mold is long and curved over its entire length. However, since this is practically impossible, other arrangements have been proposed.
It has been proposed to use endless carriers such as rotating drums, wheels and the like. Like. or moving endless bands or chains of mold sections, which are assembled into a shape at the beginning of the solidification process and separated again at the end of the solidification process to release the solidified metal. Since the surface of such movable supports remains immovable with respect to the metal during the solidification process, excellent conditions for the solidification of the metal are obtained so that it has a good crystalline structure and a smooth surface. Although these arrangements offer many advantages in theory, they are in the
Practice unsatisfactory. Constructive and operational
Difficulties create so many obstacles that these arrangements are rarely used for commercial continuous casting.
Oscillating molds with curved mold cavities are best suited for the continuous casting of steel.
Such shapes allow the reduction in the height of the
Continuous casting plant and the enlargement of the casting speed. However, the above results
Difficulties with the oscillating, curved shape liners.
For the continuous casting of aluminum and other non-ferrous metals
Metals are also used in horizontal molds, into which the molten metal is poured through a refractory sprue that extends through the face of the mold. When casting aluminum continuously, the casting is not wetted by the molten aluminum and remains clean. In the continuous casting of steel and especially when the use of an oscillating shape is desired, a horizontal shape with a refractory sprue cannot be used. Molten steel has been shown to wet and solidify the sprue. The solidified steel forms a false tube in the mold that extends the length of the mold and causes metal to break out at the exit end of the mold.
Furthermore, the position and direction of the stream of molten metal flowing into the mold has a very strong influence on the solidification process and thus on the product obtained.
In the case of a horizontal continuous casting mold, the molten metal must also flow horizontally into the mold, as a result of which molten metal runs over metal that is already solidifying on the mold wall. This causes the solidified metal to melt again and often to leak the molten metal to the surface of the strand. If the speed of the metal flowing into the mold is high or such that turbulence occurs in the molten metal, gas bubbles, oxide particles, dirt particles and slag particles are drawn into and enclosed by the surface of the molten metal. This creates holes, inclusions or voids in the strand, and sometimes even a large porosity.
In addition, a horizontally solidified strand has internal differences across its cross section due to gravity. For example, individual gas bubbles and light particles tend to rise to the surface of the strand. As a result, the center of the strand may be good, but an area of the strand near the surface may have pores or inclusions. The errors shifted to the center are often more dangerous than errors located in the center, since they make unforeseeable changes during subsequent processing of the strand, e.g. B. hot rolling into a rod. It is desirable that the molten metal mass be free at the top so that trapped gases and other contaminants are not trapped in the solidifying strand or only in the center thereof where they are least harmful.
When casting a strand with a rectangular cross-section in a horizontal shape, the top and bottom of the strand are the quickest to solidify because they are the quickest to cool. As a result of the resulting shrinkage, the upper side of the strand in particular is lifted off the mold wall before it has moved far away from the amount of liquid metal, thereby slowing down the rapid cooling that initially occurs. Since the edges and surfaces of the strand do not shrink uniformly, the cooling speeds and therefore the temperatures, tensions and thickness of the solidified skin differ from one surface of the strand to the other. These disadvantages increase with higher casting speeds, which means that when the metal is moved, the shape on the strand creates light and dark areas.
The bright areas usually indicate places and temperatures at which a renewed melting of the hardened skin can occur. The renewed melting occurs due to the transport of heat from the still hot inside of the strand to the outside.
At these points, the stresses in the hardened skin can produce surface cracks, which can cause breakouts or other surface defects.
The unequal tensions still have the undesirable consequence of changing the shape of the strand, a phenomenon known as rhombic deformation, and making subsequent machining of the strand difficult.
An object of the present invention is to provide an improved method for the continuous casting of steel.
The inventive method is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.
The continuous casting machine according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 3.
The shape is preferably made of a metal with high thermal conductivity such as copper or a copper alloy. The shape, d. H. the continuous casting wheel and the belt, is by spraying directly with a coolant or by circulating the coolant, e.g. Water, quenched by the shape.
The shaped channel can have various cross-sectional shapes, for example a semicircular or approximately rectangular cross-sectional shape. A trapezoidal cross-sectional shape with small clearance angles (7140) on the sides and a ratio of width to depth of 1: 1 to 1.5: 1 or larger has also proven to be advantageous.
In one embodiment of the invention, the strand emerging from the mold is guided along a path provided with proppants to a horizontal cooling zone for final cooling.
The support means can be formed by a series of support elements with surfaces which surround and guide the strand. The support elements can have devices for forcibly guiding the strand to the next processing station. The strand preferably follows a path with a progressively increasing radius until it is straight.
The present invention enables the heat transfer rate to be adapted to the solidification process. Since the molten steel is continuously filled into a mold with a relatively large mass, the mold forms a heat sink, so that the heat transfer rate is initially very high, which means that the steel is cooled quickly and a relatively thick, solid steel skin is formed. Later the heat transfer rate is lower, so that the hardening front can grow properly.
The strand obtained in this way has a better internal quality and a better surface quality than a strand obtained with a known continuous casting process. For example, the surface of the strand is free of overlaps and seams, as is usually the case with oscillation marks. As a result of the continuous casting method according to the invention, the use of a long continuous casting mold and a high continuous casting speed, the strand obtained has a thinner scale layer (oxide layer) on its surface than a strand which was obtained using a known method.
The invention is described below with reference to the accompanying drawings, for example. In the drawings:
Fig. 1 shows an embodiment of a continuous casting machine according to the invention with a rotatable cast wheel, which has a circumferential channel, and with an endless metal band, which closes the channel over part of its length, and
2 to 11 are step diagrams of the properties of a strand obtained with a continuous casting method according to the invention and of a strand obtained with a known continuous casting method.
The continuous casting machine shown in FIG. 1 comprises a cast wheel 10 with a radius of 1 to 1.5 m, the circumference of which is provided with a channel and an endless flexible metal band 11, which is supported by band rolls 12, 13 and 14 against a part of the circumference of the wheel 10 is pressed. The tape roll 12 is located near the point of the wheel 10 at which molten steel is poured through a ladle 16 into the mold M which is formed by the tape 11 and which is around it
Wheel 10 extending circumferential groove G is formed. The
Tape roll 14 is located adjacent the point of the wheel 10 at which the partially solidified strand B from the
Wheel 10 exits.
The outer surface of the wheel and the belt are continuously cooled by a coolant, for example by spraying the coolant from nozzles in the distributor S1 on the inside of the circumferential channel and from nozzles (not shown) in the distributors S2, S3 and S4 on the outside of the circumferential channel. Each nozzle is preferably adjustable to change the amount of coolant sprayed. Adjustable valves for starting and stopping the coolant flow and for changing the coolant flow rate are arranged in the lines which lead the coolant to the nozzles and / or distributors. The belt roll 14 is followed by a bending station 18 which serves to straighten the curved strand emerging from the wheel 10. The bending station 18 has a plurality of support rollers 19 which are supported by a frame (not shown).
A post-cooling distributor 21 is arranged adjacent to and above the belt roll 14 and sprays coolant from its nozzles out of the strand emerging from the wheel 10.
The support rollers 19 can be driven or not driven. However, in most cases at least some support rollers are driven to assist in stretching the strand. Lateral guide rollers (not shown) can be provided on both sides of the path to guide the strand on this path.
During operation of the plant, the molten steel is poured out of the ladle 16 through a downwardly extending spout 16a into the circumferential channel G of the cast wheel
10 poured. The exit end of the spout 16a is located as close as possible to the beginning of the curved shape so that the molten steel flows directly from the spout into the shape. The flow of the steel and the angular velocity of the cast wheel are regulated so that the steel cast into the bent mold is transported away from the spout 16a as quickly as molten steel flows through the spout 16a into the mold so that the mirror of the molten steel flows in the form is always at the same height.
The flow of coolant through the lines to manifolds S1 through S4 is set to deliver the desired amount of coolant to the metal belt and cast wheel, thereby regulating the cooling rate of the molten metal as it moves around the curved shape. The relatively large cast wheel 10 acts as a heat sink, so that the heat given off by the molten metal to the bent shape is distributed over the relatively large cast wheel 10, at the same time the relatively large surface area of the cast wheel being cooled by coolant discharged from the nozzles of the distributors. This quickly cools and solidifies the molten metal on the surfaces of the cast rim and strip.
By continuously dissipating heat from the partially solidified strand via the cast wheel, the belt and the coolant, progressive and uniform solidification is achieved from the surface of the strand to its center.
The tape 11 comes into contact with the annular groove G of the wheel 10 as it rolls off the tape roll 12 in the upper part of the cast wheel 10 and moves downwards and then up together with the channel until it reaches the tape roll 14, whereupon the tape is guided away from the wheel 10. The shape M consisting of the circumferential groove G and the band 11 is a long curved shape which moves continuously with the rotation of the wheel 10. The strand cast in the M form is bent in the same way as the mold until it is removed from it. To remove the strand from the mold, the radius of the strand is increased and then the strand with a progressively increasing radius is straightened when it runs through the bending station 18 of the installation.
The rollers 19 guide the strand along its alignment path above the wheel 10, with at least 1 pair of guide rollers 19 being driven to pull the strand B away from the wheel 10. The tensile forces and the lever forces exerted on the strand B by the guide rollers arranged under the strand B bring about a straightening of the strand. The continuous alignment of the strand as it moves away from the cast wheel creates internal stresses in the strand. The magnitude of these tensions can be increased or decreased by decreasing or increasing the temperature of the strand as it moves through the bending station 18.
By changing the amount of coolant supplied by the manifold 21 adjacent the exit of the strand from the cast wheel, the temperature of the strand moving through the bending station 18 can be changed and regulated, whereby the internal stresses in the strand B can be adjusted as it moves through the bending station 18. The strand is bent the most when it exits the cast wheel and is then straightened more and more as it moves through the bending station 18. Manifold 21 supplies coolant to the strand as it exits the closed part of the mold to ensure that the strand is completely solid before it reaches the level of the molten metal adjacent the spout 16a.
This prevents the inner core of molten metal from generating negative pressure in the strand and forming a cavity in the strand. The quantity of coolant supplied by the distributor 21 can be adjusted, as a result of which the temperature and thus the internal stresses of the strand can be influenced when it exits the mold.
Due to the relatively long length of the curved shape formed by the band 11 and the circumferential groove G of the cast wheel 10, the cast wheel can rotate at a relatively high angular velocity, while still achieving the desired solidification of the molten metal. In the exemplary embodiment described, the shape M has a trapezoidal cross section with the small dimension in the inner part of the circumferential groove and with the large dimension adjacent to the strip 11. The strand cast in the continuous casting machine has a maximum width of 66 mm and a minimum width of 53 mm and a depth of 48 mm. The radius of curvature between the smallest side with the two oblique sides of the strand cross-section is approximately 6.4 mm. If desired, the strand can also have other sizes and shapes.
The relatively high angular speed of the cast wheel causes the strand B to exit the cast wheel at a relatively high linear speed, so that the strand is transported at high speed to the next processing station, for example a rolling device. The rapid movement of the strand and the trapping of the strand in a relatively long shape reduces the tendency for scale to form on the surface of the strand.
The properties of a steel bar produced with the continuous casting machine according to the invention according to FIG. 1 and a bar produced with a Concast continuous casting machine with an oscillating curved shape were measured. The measurement results are shown in FIGS. 2 to 11. These figures show step diagrams in which the results of the measurements on the billet cast in a known manner are designated by PA.
2 to 8 show measurement results on long pieces of the steel bar produced according to the invention and a steel bar produced in a known manner. 2 shows the thickness of the quenched layer of the two bars. The average thickness of the quenched layer is approximately 0.2 mm for the ingot produced in a known manner and more than 1 mm for the ingot produced in accordance with the invention.
It can be seen from FIG. 3 that the average coaxial grain size in the quenched layer is approximately 0.4 mm for the ingot produced in a known manner and 0.35 mm for the ingot produced in accordance with the invention.
It can be seen from FIG. 4 that the mean stem grain length is 7.8 mm for the bar produced in a known manner and 3 mm for the bar produced according to the invention.
5 that the mean stem grain thickness is 1 mm for the bar produced in a known manner and 0.67 mm for the bar produced according to the invention.
It can be seen from FIG. 6 that the average dendrite length is 3.8 mm for the bar produced in a known manner and 2.3 mm for the bar produced according to the invention.
It can be seen from FIG. 7 that the average dendrite spacing is 0.1 mm in the case of a bar produced in a known manner and 0.18 mm in the bar produced in accordance with the invention.
It can be seen from FIG. 8 that the average secondary arm length of the dendrites is 0.05 mm for the bar produced in a known manner and 0.12 mm for the bar produced according to the invention.
Figure 9 is a step diagram of measurements of the coaxial core size on short bars. It can be seen from FIG. 9 that the ingot produced in a known manner has an average coaxial grain size in the longitudinal direction of the ingot of 1.08 mm and the ingot produced according to the invention has an average equiaxial grain size in the longitudinal direction of the ingot of 0.76 mm.
10 and 11 are step diagrams of measurements on bars cut in the longitudinal direction. From Fig. 10 it can be seen that the mean stem grain length is 3.8 mm for the bar produced in a known manner and 2.4 mm for the bar produced in accordance with the invention.
It can be seen from FIG. 11 that the mean stem grain thickness is 1.t mm for the bar produced in a known manner and 0.8 mm for the bar produced according to the invention.