-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere aus Stahl, nach dem Oberbegriff der unabhängigen Verfahrensansprüche. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren.
-
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Verfahrensansprüchen ist aus der
DE 103 14 460 A1 bekannt. Dabei sind in den
2 bis
4 rechteckförmige bzw. quadratische Querschnitte durch unterschiedliche Kokillen dargestellt, die den Querschnittsflächen jeweils des Strangs entspricht, der mittels derartiger Kokillen ausgebildet bzw. gegossen werden kann. So ist in der
3 der genannten Schrift eine Querschnittsfläche gezeigt, bei der an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein ebener Wandabschnitt ausgebildet ist, der symmetrisch zu einer ersten Symmetrieachse der Querschnittsfläche angeordnet ist, wobei die Breite des ebenen Wandabschnitts, bezogen auf die Breite der Querschnittsfläche in einer senkrecht zur ersten Symmetrieachse verlaufenden Richtung, mehr als 60% beträgt. Dieser ebene Wandabschnitt geht an seinen beiden gegenüberliegend angeordneten Seiten über jeweils einen S-förmig ausgebildeten Zwischenabschnitt und einen sich daran anschließenden weiteren ebenen Wandabschnitt mit geringer Breite in einen gerundeten Eckbereich über. Die Eckbereiche weisen dabei einen, bezogen auf die Dimensionierung der Querschnittsfläche des Strangs relativ kleinen Krümmungsradius auf.
-
Bei der Herstellung derartiger Stränge mittels einer Kokille ist es wünschenswert, eine möglichst hohe Qualität über die gesamte Querschnittsfläche des erzeugten Strangs zu erzielen. Unter einer hohen Qualität wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine geringe Porosität sowie eine geringe Zentrumsseigerung verstanden. Weiterhin ist es bekannt, dass die Qualität eines derartigen Strangs u.a. auch von seiner Querschnittsform abhängt, da die Querschnittsform einen Einfluss auf die Ausbildung der Erstarrungsfront bzw. auf das Erstarrungsverhalten der metallischen Schmelze hat. Insbesondere ist es bei einer aus der oben genannten Schrift bekannten Querschnittsfläche, bei der der Eckbereich einen relativ geringen Radius aufweist oder entsprechend der 4 sogar eckig ausgebildet ist, bekannt, dass derartige relativ scharfkantige Eckbereiche im Vergleich zu den anderen Bereichen relativ schnell erstarren. Die ungleichförmige Erstarrungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls ist jedoch nachteilhaft für eine möglichst homogene bzw. gute Qualität des erstarrten Strangs.
-
Weiterhin ist es bekannt, einen derartigen, insbesondere teilerstarrten Strang nach dem Abziehen aus der Kokille insbesondere auch zur Qualitätssteigerung einer bereichsweisen Verformung durch Walzen bzw. Rollen zu unterziehen. Eine derartige mechanische Behandlung ist unter dem Begriff „MSR“ (mechanische Soft-Reduction) bekannt.
-
Bei einem MSR-Einsatz bei Querschnittsflächen mit relativ scharfkantigen Eckbereichen oder lediglich relativ leicht gerundeten Eckbereichen ist es jedoch erforderlich, relativ hohe Verformungskräfte aufzubringen, da, wie oben erläutert, die Eckbereiche schneller erstarren als die restlichen Bereiche. Darüber hinaus reagieren relativ scharfkantige Strangkanten wegen dem Duktilitätsabfall empfindlich, wenn sie im Zuge von Richtvorgängen und/oder des MSR-Einsatzes verformt werden. Dies wiederum kann zu Oberflächenrissen führen. Als weiterer Nachteil ist anzuführen, dass die seitlichen Wände derartiger Querschnitte infolge der Verformung zum Ausbauchen tendieren, was wiederum Probleme bei der Weiterverarbeitung in einer Walzstraße bereiten kann.
-
Die aus der eingangs genannten Schrift
DE 103 14 460 A1 bekannten Geometrien der Querschnittsflächen zielen darauf ab, die Krafteinleitung insbesondere beim Einsatz des MSR-Verfahrens in die Kernzone des Strangs zu begünstigen. Als Nachteil bei den Querschnittsformen wird angesehen, dass sie zwar für den MSR-Einsatz oder auch für die sogenannte Hard-Reduktion (d.h. eine mechanische Bearbeitung am durcherstarrten Strang) günstig sind, jedoch für den Fall, dass aus irgendeinem Grund eine nachträgliche mechanische Querschnittsveränderung nicht möglich oder erwünscht ist, die Querschnittsfläche des aus dem Strang erzeugten Halbzeugs meist nicht in vorhandene Kalibrierungen des Walzwerks passt und daher als Handelshalbzeug am Markt nicht absetzbar ist. Weiterhin ist die Herstellung einer zur Erzeugung einer Querschnittsfläche entsprechend der
3 der oben genannten Schrift benötigten Kokille aufgrund des relativ komplexen Querschnittsverlaufs aufwendig und teuer.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäßen Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere aus Stahl, mit den Merkmalen der drei unabhängigen Verfahrensansprüche vermeidet die oben genannten Nachteile und ermöglicht es, einen Strang auszubilden, der sowohl für eine nachträgliche mechanische Bearbeitung insbesondere im MSR-Verfahren, als auch für den Fall, dass keine mechanische Weiterbearbeitung durchgeführt wird, eine vorteilhafte Querschnittsform aufweist. Insbesondere ist ein derart erzeugter Strang universell einsetzbar, d.h., er kann direkt in der Gießanlage unter Einsatz der mechanischen Soft-Reduction (MSR) im Bereich der Enderstarrung in der Gießanlage zu einem rechteckförmigen Vorblock oder Knüppel mit verbessertem Kerngefüge umgeformt werden, kann aber auch ohne MSR-Einsatz fertig gegossen und als Halbzeug in einem Profilwalzwerk bzw. einer Schmiede weiterverarbeitet oder verkauft werden, da seine Hauptabmessungen bezüglich des Querschnitts meist in dem spezifizierten Toleranzband der Profilwalzwerke liegt. Darüber hinaus weisen die nach den erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Stränge den Vorteil auf, dass die zum Formen benötigte Gießanlage bzw. Kokille eine einfache, mathematisch leicht beschreibbare und relativ kostengünstig herstellbare Geometrie aufweist, welche ein homogenes Strangschalenwachstum ermöglicht.
-
Wesentlich ist auch, dass die in den unabhängigen Verfahrensansprüchen angeführten Merkmale sowohl einzeln, als auch in Kombination miteinander verwirklicht werden können, um die oben erwähnten Vorteile zu erzielen, wobei sich eine Kombination der Merkmale besonders vorteilhaft auf die erzielbaren Vorteile auswirkt.
-
So ist es in einer ersten erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens vorgesehen, dass die Breite der gegenüberliegenden, zumindest im Wesentlichen ebenen Wandabschnitte der Querschnittsfläche des Strangs zwischen 20% und weniger als 60%, vorzugsweise zwischen 20% und 50% der Breite des Querschnitts in der entsprechenden Richtung des Querschnitts beträgt. Diese zumindest im Wesentlichen ebenen, eine relativ geringe Breite aufweisenden Wandabschnitte vereinfachen die Strangführung und Stützung mittels Rollen und Justierung des Querschnitts.
-
In einer weiteren, alternativ oder zusätzlich zum eben beschriebenen Verfahren beanspruchten Variante ist es vorgesehen, dass die gerundeten Eckbereiche der Querschnittsfläche einen Radius zwischen 15mm und 40mm aufweisen, bei einer vorzugsweisen Erstreckung der Querschnittsfläche in Richtung der ersten und/oder zweiten (Symmetrie-) Ebene zwischen 200mm und 500mm. Derartige, relativ große Kantenabrundungen (im Vergleich zur Dimensionierung des Strangs) sind günstig für die Strangabkühlung, da die Rissempfindlichkeit in den Kantenbereichen reduziert wird. Dies wiederum hat Vorteile für das Umformen in der Biege- und/oder Richtzone der Gießanlage.
-
In einer weiteren erfindungsgemäß vorgesehenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitt an gegenüberliegenden Seiten mittels jeweils eines gekrümmten, stetigen und knickfreien Zwischenabschnitts unmittelbar mit dem Eckbereich verbunden ist, dass der zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitt in Bezug zur ersten oder zweiten Symmetrieachse gegenüber seinen Eckbereichen nach außen mit einem Versatz angeordnet ist, und dass der Versatz gegenüber einer die Eckbereiche miteinander verbindenden Geraden in vorzugsweise zwischen 2% und 6% der Breite des Querschnitts des Strangs beträgt.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere aus Stahl, sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Eine besonders bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Querschnittsfläche an allen Seiten jeweils einen zumindest im Wesentlichen ebenen Wandabschnitt aufweist, der symmetrisch zur ersten bzw. zur zweiten Symmetrieebene angeordnet ist. Dadurch wird über den gesamten Querschnitt des Strangs ein homogenes Erstarrungsverhalten erzielt.
-
In einer weiterführenden Variante des zuletzt beschriebenen Verfahrens ist es vorgesehen, an zwei gegenüberliegenden Seiten zwei zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitte vorgesehen sind, die symmetrisch zur zweiten Symmetrieachse angeordnet sind, und die mittels jeweils eines gekrümmten, stetigen und knickfeien Zwischenabschnitts unmittelbar mit einem Eckbereich verbunden sind, dass der zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitt in Bezug zur ersten Symmetrieachse gegenüber den Eckbereichen nach innen mit einem Versatz angeordnet ist, und dass der Versatz zwischen 0,5% und 2% der Breite des Querschnitts in Richtung der zweiten Symmetrieachse beträgt.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Zwischenabschnitt und der Eckbereich stetig und knickfrei miteinander verbunden sind. Ein derartiger, kontinuierlicher bzw. knickfreier Verlauf im Übergangsbereich der Seitenkanten des Strangs begünstigt eine homogene Abkühlung des Strangs mit den angesprochenen Vorteilen hinsichtlich der Qualität des Strangs, auch im Hinblick auf die Vermeidung von Innenrissen im Querschnitt.
-
Ganz besonders bevorzugt, jedoch nicht einschränkend, finden die angesprochenen erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung bei einer Gießanlage, bei der der Strang nach dem Austreten aus der Kokille einer (weiteren) mechanischen Bearbeitung durch wenigstens zwei, an gegenüberliegenden Seiten des Strangs einwirkende Elemente (insbesondere Rollen bzw. Walzen) unterzogen wird, die die Querschnittsfläche des Strangs verändern. Gemeint ist hierbei insbesondere das MSR-Verfahren.
-
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Durchführen der soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass eine nach unten offene Kokille vorgesehen ist, deren innere Querschnittsfläche in einem Austrittsbereich der Querschnittsfläche des Strangs entspricht. Eine derartige Vorrichtung hat insbesondere aufgrund der relativ einfachen Querschnittsform des Strangs den Vorteil, dass sich deren Kokille relativ einfach bzw. kostengünstig herstellen lässt.
-
Zur mechanischen Weiterverarbeitung des aus der Kokille austretenden Strangs ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Kokille eine Einrichtung zur mechanischen (MSR-)Bearbeitung des Strangs nachgeschaltet ist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in:
- 1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Stranggussanlage zum Herstellen eines Metallstrangs und
- 2 und 3 jeweils in der Ebene II-II der 1 den Querschnitt eines aus der Kokille der Stranggussanlage gemäß 1 austretenden Strangs.
-
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
-
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung 100 bzw. Gießanlage dient der Herstellung eines aus Metall, insbesondere aus Stahl bzw. einer Stahllegierung bestehenden Strangs 1 im Stranggussverfahren. Hierzu weist die Vorrichtung 100 eine nach unten offene Kokille 10 auf, die über ein Verteilergefäß 11 (ggf. unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Zwischengefäßes) mit flüssiger Metallschmelze 2 beschickt wird. Innerhalb der gekühlten Kokille 10 beginnt die Metallschmelze 2 vom Bereich der Kokillenwand 12 her nach innen zu erstarren, so dass der auf der dem Verteilergefäß 11 abgewandten Seite aus der Kokille 11 heraustretende Strang 1 über seinen Querschnitt teilerstarrt ist, und bei seiner weiteren Förderung in Richtung des Pfeils 5 nach und nach weiter erstarrt.
-
Da die Herstellung eines derartigen Strangs 1 aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist, wird auf eine weitere Erläuterung konstruktiver Einzelheiten der Vorrichtung 100, verzichtet. Wichtig ist lediglich, dass der Innenquerschnitt der Kokille 10 für die Geometrie des mittels der Kokille 10 erzeugten Strangs 1 wesentlich ist. Insbesondere weist der in den 2 und 3 erkennbare Querschnitt 15 des Strangs 1 einen Querschnitt auf, der dem Innenquerschnitt der Kokille 10 in einem Austrittsbereich 13 der Kokille 10 entspricht.
-
Beim Abziehen des Strangs 1 aus der Kokille 10 wird der (teilerstarrte) Strang 1 mittels Führungsrollen 16 im weiteren Verlauf aus einer zunächst im Wesentlichen vertikalen Richtung in eine horizontale Richtung umgelenkt. In einem sich an die Führungsrollen 16 anschließenden Bereich, in dem der Strang 1 bereits zumindest im Wesentlichen horizontal ausgerichtet istist, umfasst die Vorrichtung 100 weiterhin eine Einrichtung 110 zur mechanischen Bearbeitung bzw. Beeinflussung des Querschnitts 15 des Strangs 1 in Form von mehreren, auf gegenüberliegenden Seiten des Strangs 1 einwirkenden, drehbar angeordneten Rollen bzw. Walzen 112. Mittels einer derartigen Einrichtung 110 lässt sich insbesondere das sogenannte MSR- (Metall soft-reduction) Verfahren durchführen. Zusätzlich wird erwähnt, dass die Einrichtung 110 als Treiber- bzw. Vorschubeinheit auch zum Richten des Strangs 1 in die Horizontale dient und zudem zusätzlich um weitere, nicht dargestellte Rollen in der Horizontalen Ebene ergänzt werden kann.
-
In der 2 ist eine erste Querschnittsfläche A1 des Strangs 1 unmittelbar nach dem Verlassen der Kokille 10 bei einer ersten Querschnittsform der Kokille 10 dargestellt. Die erste Querschnittsfläche A1 ist in etwa rechteckförmig, insbesondere in etwa quadratisch ausgebildet, und weist eine erste Symmetrieachse 21 und eine zweite Symmetrieachse 22 auf, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Weiterhin weist die erste Querschnittsfläche A1 an jeweils gegenüberliegenden Seiten insgesamt vier zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitte 24, 25 auf, die beispielhaft jeweils eine Länge l aufweisen, die zwischen 20% und weniger als 60%, vorzugsweise zwischen 20% und 50% der Länge L beträgt, wobei L die Breite der Querschnittsfläche A1 kennzeichnet. Weiterhin verlaufen die beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Wandabschnitte 24 jeweils vorzugsweise parallel zur ersten Symmetrieachse 21 und symmetrisch zur zweiten Symmetrieachse 22, während die beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Wandabschnitte 25 jeweils vorzugsweise parallel zur zweiten Symmetrieachse 22 und symmetrisch zur ersten Symmetrieachse 21 angeordnet sind.
-
Auch weist die erste Querschnittsfläche A1 vier identisch ausgebildete Eckbereiche 28 auf, die als gerundet ausgebildete Eckbereiche 28 durch einen Radius r gekennzeichnet sind. Der Radius r beträgt zwischen 15mm und 40mm, während die Länge L des Querschnitts 15 zwischen 200mm und 500mm beträgt.
-
Die Wandabschnitte 24, 25 sind, ausgehend von dem jeweiligen Eckbereich 28, jeweils unmittelbar mittels eines gekrümmt ausgebildeten Zwischenabschnitts 29 mit dem jeweiligen Eckbereich 28 verbunden. Der gekrümmt ausgebildete Zwischenabschnitt 29 ist vorzugsweise durch einen einzigen Radius R gebildet, wobei der Übergang zwischen dem Zwischenabschnitt 29 in den jeweiligen Eckbereich 28 bzw. den jeweiligen ebenen Wandabschnitt 24, 25 stetig und knickfrei erfolgt.
-
Weiterhin ist für die erste Querschnittsfläche A1 charakteristisch, dass die Wandabschnitte 24, 25 gegenüber den Eckbereichen 28 nach außen hin versetzt angeordnet sind. Der Versatz 31 in Richtung der ersten bzw. zweiten Symmetrieachse 21, 22 beträgt gegenüber einer gedachten Geraden 32, die die jeweiligen Eckbereiche 28 an ihrer äußeren Umrandung jeweils miteinander verbindet, vorzugsweise zwischen 2% und 6% der Länge L des Querschnitts 15.
-
In der 3 ist eine alternative zweite Querschnittsfläche A2 dargestellt, die sich von der ersten Querschnittsfläche A1 dadurch unterscheidet, dass die beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Wandabschnitte 24a in Bezug zu den Eckbereichen 28 nach innen, d.h. in Richtung zur ersten Symmetrieachse 21 versetzt angeordnet sind. Weiterhin sind die Wandabschnitte 24a mit den jeweiligen Eckbereichen 28 über einen Zwischenbereich 29a mit einem Radius R verbunden, wobei die Krümmungsrichtung des Zwischenabschnitts 29a umgekehrt zur Krümmungsrichtung des Zwischenabschnitts 29 ist. Der in Richtung der ersten Symmetrieachse 21 ausgebildete Versatz 33 der ebenen Wandabschnitte 24a beträgt zwischen 0,5% und 2% der Länge L des Querschnitts 15.
-
Die soweit beschriebenen Querschnittsflächen A1 und A2 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, in Abwandlung der ersten Querschnittsfläche A1 lediglich an zwei gegenüberliegenden Seiten zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitte 24 mit einer Länge l zwischen 20% und 60% vorzusehen, während an den beiden anderen Seiten zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitte ausgebildet sind, die über die gesamte entsprechende Erstreckung des Querschnitts 15, d.h. zwischen den Eckbereichen 28 verlaufen. Weiterhin ist es in Abwandlung der Querschnittsfläche A2 auch denkbar, an allen vier Seiten in Richtung zur jeweiligen Symmetrieachse 21, 22 nach innen versetzt angeordnete zumindest im Wesentlichen ebene Wandabschnitte vorzusehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Strang
- 2
- Metallschmelze
- 5
- Pfeil
- 10
- Kokille
- 11
- Verteilergefäß
- 12
- Kokillenwand
- 13
- Austrittsbereich
- 15
- Querschnitt
- 16
- Führungsrolle
- 21
- erste Symmetrieachse
- 22
- zweite Symmetrieachse
- 24, 24a
- ebener Wandabschnitt
- 25
- ebener Wandabschnitt
- 28
- Eckbereich
- 29, 29a
- Zwischenabschnitt
- 31
- Versatz
- 32
- Gerade
- 33
- Versatz
- 100
- Vorrichtung
- 110
- Einrichtung
- 112
- Walze
- A1
- Querschnittsfläche
- A2
- Querschnittsfläche
- l
- Länge
- L
- Länge
- r
- Radius
- R
- Radius
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10314460 A1 [0002, 0006]
