DE1957758B2

DE1957758B2 - Verfahren zum Kühlen metallischer Stränge, insbesondere aus Stahl, in einer Bogen-Stranggießanlage mit vertikaler Stranggießkokille

Info

Publication number: DE1957758B2
Application number: DE1957758A
Authority: DE
Inventors: Piero Dr.-Ing. Udine Colombo (Italien)
Original assignee: CONTINUA INTERNATIONAL CONTINUOUS CASTING SpA FERRARA (ITALIEN)
Current assignee: CONTINUA INTERNATIONAL CONTINUOUS CASTING SpA FERRARA (ITALIEN)
Priority date: 1968-11-28
Filing date: 1969-11-17
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE1957758A1; US3656536A; JPS4910896B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen metallischer Stränge, insbesondere aus Stahl, in einer Bogen-Stranggießanlage mit vertikaler Stranggießkokille, bei dem die krümmungsäußere Strangseite intensiver als die gegenüberliegende Strangseite gekühlt wird.

Bsi einer bekannten Bogen-Stranggießanlage (US-I¹S 39 623), bei der der Strang nicht zwangsläufig seitlich abgebogen wird, erfolgt die seitliche Abbiegung des Stranges durch thermische Einwirkung. Zu diesem Zweck wird eine Seite des Stranges intensiver gekühlt als die entgegengesetzte Seite. Auf dieser intensiver gekühlten Seite bildet sich eine stärkere RandkrusHe. Unter diesen Umständen soll sich der Strang von sich, d. h. spontan derart krümmen, daß die intensiver gekühlte Seite zur krümmungsäußeren Strangseite wird.

Aus der DE-PS 9 11 066 ist eine Stranggießanlage bekannt, bei der der Strang nicht bogenförmig verläuft. Allerdings wird bei dieser Druckschrift zunächst die eine Strangseite und dann die entgegengesetzte

¹⁰ Lä

Strangseite intensiver gekühlt, wobei auf der zunächst intensiver gekühlten Strangseite eine stärkere Randkruste entsteht, d. h. die Längsmittelachse des schmelzflüssigen Strangsumpfes nach der entgegengesetzten Strangseite im Bezug auf die Längsmittelachse des Stranges ausgelenkt wird. Doch die in dieser Druckschrift anschließend vorgesehene intensivere Kühlung der entgegengesetzten Strangseite wird im Gegensatz zu der Anmeldung nicht so durchgeführt, daß die Längsmittelachse des Strangsumpfes wieder stark zurück bis in den Bereich der Mittelachse des Stranges wandert, sondern derart, daß die Sumpfspitze abgeschnitten wird, d.h. die völlige Erstarrung des ^trangquerschnittes mit außermittig liegendem unteren Ende des Strangsumpfes erzielt wird.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß bei einer zwangsläufigen Strangbiegung die Bildung von Rissen insbesondere in dem zugbeanspruchtcn krümmungsäußeren Teil des Strangquerschnitts vermieden wird, wobei die noch ziemliche dünne Strangkruste möglichst schonend behandelt und keiner zusätzlichen Beanspruchung ausgesetzt wird, um die Bildung von Rissen in der Kokille und insbesondere unmittelbar nach dem Austreten aus der Kokille zu vermeiden und wobei ein möglichst symmetrisch erstarrter Strangquerschnitt erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strang im Bereich einer sich an die Stranggießkokille anschließenden vertikalen Strangführung auf einer Seite intensiver gekühlt wird und daß in einer anschließenden Bogenführung der Unterschied zwischen der größeren Kühlintensität der intensiver gekühlten, nunmehr krümmungsäußeren Strangseite und der kleineren Kühlintensität der gegenüberliegenden, nunmehr krümmungsinneren Strangseite verringert oder umgekehrt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also unterhalb der Durchlaufkokille zumindest im Bereich der vertikalen geraden Strangfühmngsstrecke, d. h. vor dem Ansetzen der zwangsläufigen Strangbiegung, ein Gießstrang erhalten, dessen kriimmungsäußere Randkruste eine größere Stärke aufweist, als die krümmungsäußere Randkruste eine größere Stärke aufweist, als die krümmungsinnere Randkruste. Infolge dieser größeren Stärke der krümmungsäußeren Randkruste wird beim zwangsläufigen Abbiegen des Gießstranges die Nullinie der Zug-Druck-Spannungsverteilung im Strangquerschnitt gegen die krümmungsäußere Strangseite hin verstellt. Dadurch werden die dem Abstand von dieser Nullinie proportionalen, maximalen, spezifischen Dehnungen der zugbeanspruchten Materialfaser im krümmungsäußeren Teil des Strangquerschnitts entsprechend herabgesetzt und infolgedessen werden auch die von diesen Dehnungen bewirkten Risse in der erstarrten krümmungsäußeren Randkruste bzw. in der Dendritenzone zwischen dieser erstarrten Randkruste und dem schmelzflüssigen Strangkern vermieden.

Durch weitere Maßnahmen entsprechend Anspruch t wird darüber hinaus ein möglichst symmetrisch erstarrter Strangquerschnitt erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Bogenstranggießanlage für Stahl, in

vertikalem Längsschnitt,

F i g. 2, 3 und 4 Querschnitte durch den Gießstrang nach den Linien H-Il, III-III und IV-IV der Fig. 1, in größerem Maßstab,

Fig.5 einen Querschnitt durch einen nach einem "> herkömmlichen Verfahren gekühlten Gießstrang, im Bereich der Schnittlinie H-II der F i g. 1,

Fig.6 einen Querschnitt durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gekühlten Gießstrang, im Bereich der Schnittlinie II-Il der F ig. 1. m

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Bogenstranggießanlage für Stahl besteht aus einer wassergekühlten Stranggießkokille 2 mit vertikalem geraden Gießraum und einer unterhalb der Stranggießkokille 2 angeordneten Strangführung 3, 4. Die Strangführung besteht aus ' > einer unmittelbar unterhalb der Stranggießkokille 2 angeordneten, zu dieser koaxialen, vertikalen, geraden Strangführung 3 und einer anschließenden Bogen strangführung 4. Beide Strangführungen 3 und 4 bestehen aus drehbar gelagerten Stützwalzen 5, die im ^n Bereich der vertikalen geraden Strangführung 3 allseitig um den Strang S herum, dagegen im Bereich der anschließenden Bogenstrangführung 4 zumindest auf der krümmungsäußeren und der krümmungsinneren Strangseite E bzw. A angeordnet sind. Zwischen den ?^r> Stützwalzen 5 sind in beiden Strangführungen 3,4 nach innen gegen den Strang S gerichtete, allseitig um diesen herum angeordnete Wasserspritzdüsen 6, 106, 206 vorgesehen.

Die vertikale, gerade Strangführung 3 kann eine >» beliebige Höhe Haufweisen.

Der schmelzflüssige Stahl wird aus einem Zwischenbehälter 7 in die Stranggießkokille 2 gegossen. In der Stranggießkokille 2 bildet sich auf den gekühlten Kokillenwänden allseitig eine Randkruste 8 aus. Diese * erstarrte Randkruste 8 liegt zunächst, d. h. in dem oberen Abschnitt L1 der Kokille 2 an den inneren Kokillenwänden an und gleitet auf diesen nach unten ab, wobei ihre Stärke fortschreitend zunimmt. In dem unteren Abschnitt L 2 der Stranggießkokille 2, wo die "> Stärke der Randkruste 8 den ferrostatischen Druck des schmelzflüssigen Strangkerns 9 aushalten bzw. überwinden kann, löst sich die Randkruste 8 infolge der Schrumpfung allseitig von der Kokillenwand ab. Der aus der untere.^ öffnung der Stranggießkokille 2 austreten- '> de Strang 5 besteht also aus einer Randkruste 8 und einem schmelzflüssigen Kern 9.

Nach dem Austreten der Stranggießkokille 2 durchläuft der Strang S zunächst die vertikale gerade Führungsstrecke 3, wobei er durch die zugeordneten ^r> <» Spritzdüsen 6, 106 allseitig nachgekühlt wird. Die zwischen den Stützwalzen 5 der geraden Führungsstrekke 3 gebildete, lichte Durchgangsöffnung für den Strang 5 entspricht im Rahmen der Toleranzen dem tatsächlichen Strangquerschnitt am Auslaufende der Stranggieß- ^v> kokille 2.

In dem Übergangsbereich zwischen der vertikalen geraden Strangführung 3 und der anschließenden Bogenstrangführung 4, d.h. etwa im Bereich der Schnittlinie II-Il der Fig. I wird der Strang 5einmalig ^wi abgebogen, wobei das Biegemoment durch die letzten Stützrollensätze der Strangführung 3 und die ersten Stützrollensätze der Bogenstrangführung 4 aufgebracht wird. Anschließend, durchläuft der nunmehr abgebogene Strang 5 die kreisbogenförmige Bogenstrangführung 4, ^b'· wobei er weiterhin dur .'h die zugeordneten Wasserspritzdüsen 6, 206 bis zur völligen Erstarrung, d. h. bis zum Verschwinden des schmelzflüssigen Strangkerns 9 nachgekühlt wird.

In den bekannten Bogenstranggießanlagen dieser Art wird der Strang Sl (Fig.5) in jedem beliebigen Strangquerschnitt unterhalb der Stranggießkokille 2 mit derselben Intensität auf der krümmungsäußeren Strangseite E und auf der krümmungsinneren Strangseite A gekühlt Die erstarrte Randkruste 8 eines mit diesen bekannten Kühlverfahren erhaltenen Stranges 51 weist infolgedessen insbesondere im Endabschnitt der vertikalen geraden Strangführung 3 sowohl auf der krümmungsinneren Strangseite A praktisch dieselbe Stärke auf. Im Bereich der zwangsläufigen Biegung dieses Stranges 51 zwischen der vertikalen Strangführung 3 und der anschließenden Bogenstrangführung 4 verläuft die Nullinie NX-NX, die den krümmungsäußeren Zugbereich vom krümmungsinneren Druckbereich trennt, etwa in der Mitte des Strangquerschnitts, d. h. in derselben Entfernung »h« von der krümmungsäußeren Strangseite Eund der krümmungsinneren Strangseite A. Unter diesen Umständen können die bei der Strangbiegung durch die Zugspannungen im krünimungsäußeren Bereich des Strangquerschnitts entstehenden Dehnungen, insbesondere bei einigen Stahltypen, einen so großen Wert erreichen, daß sie unerwünschte bzw. schädliche Risse in der Übergangszone D(Dendritenzone) zwischen dem schmelzflüssigen Strangkern 9 und der erstarrten krümmungsäußeren Randkruste 80, ja sogar in dieser krümmungsäußeren Randkruste 80 selbst bewirken.

Es wird nun im Bereich der vertikalen geraden Strangführung 3 jeder Strangquerschnitt auf der krümmungsäußeren Strangseite E bedeutend intensiver gekühlt, als auf den anderen Strangseiten und insbesondere als auf der krümmungsinneren Strangseite A, und zwar derart, daß sich eine krümmungsäußere Randkruste 108 ausbildet, die eine wesentlich größere Stärke als die Randkrusten auf den anderen Strangseiten und insbesondere als die krümmungsinnere Randkruste 208 aufweist, wie in F i g. 2 und 6 dargestellt ist. Im Bereich der zwangsläufigen Biegung dieses Stranges 5 zwischen der vertikalen geraden Strangführung 3 und' der anschließenden Bogenstrangführung 4 verläuft infolgedessen die Nullinie N-N, die den krünimungsäußeren Zugbereich vom kriimmungsinr.sren Druckbereich des Strangquerschnitts trennt, außermittig durch den Strangquerschnitt. Dabei ist diese Nullinie N-N gegenüber den mit dem bekannten Kühlverfahren erhaltenen, gleich stark auf der krümmungsäußeren und auf der krümmungsinneren Strangseite gekühlten Strängen 51 nach F i g. 5 wesentlich gegen die krümmungsäußere Strangseite E hin versetzt, wie insbesondere aus Fig.6 ersichtlich ist. Der Abstand »/?!« der Nullinie N-N von der krümmungsäußeren Strangseite Eist also bedeutend kleiner, als der Abitand »Λ2« der Nullinie N-N von der krümmungsinneren Strangseite A.

Die maximalen spezifischen Dehnungen bzw. Zusammendrückungen d°r Materialfaser bei der zwangsläufigen Biegung des Stranges 5 sind direkt proportional zu dem Abstand »Al«; der Nullinie N-N von der zugbeanspruchten krümmungsäuÜerer. Strangseite E bzw. zu dem Abstand »Λ 2« der Nullinte N-N von der druckbeanspruchten krümmungsinneren Strangseite A. Infolgedessen wer Jen d>e maximalen spezifischen Dehnungen im erstarrten zugbeanspruchten krümmungsäußeren Teil des Strangquerschnittes in bezug auf die mit den herkömmlichen Verfahren gekühlten Stränge 51 nach Fig.5 entsprechend dem kleineren

Abstand »Λ 1« von der Nullinie N-N so weit herabgesetzt, daß sich in der erstarrten krümmungsäußeren Randkruste 108 und in der Übergangszone D (Dendritenzone) zwischen dieser Randkruste 108 und dem schmelzflüssigen Strangkern 9 praktisch keine Risse bilden können, bzw. diese auf ein qualitätsmäßig ohne weiteres vertretbares Maß reduziert werden. Gleichzeitig werden zwar die Spannungen und die davon bewirkten, maximalen spezifischen Verformungen im erstarrten, druckbeanspruchten krümmungsinneren Bereich des Strangquerschnitts in bezug auf die mit den herkömmlichen Verfahren gekühlten Stränge 51 nach Fig. 5 entsprechend dem größeren Abstand »Λ2« von der Nullinie N-N erhöht. Diese größeren Druckbeanspruchungen bzw. Zusammendrückungen können jedoch vom Strang 5 ohne Schaden aufgenommen werden und bewirken jedenfalls keine Risse in der lcriimmiinptinnprpn RanHkriKlp 2fW h7w. in der

Denritenzone zwischen dieser Randkruste 208 und dem schmelzflüssigen Strangkern 9. Übrigens werden die krümmungsinnere Strangseite A und die zwei seitlichen Strangflächen vorzugsweise derart gleich stark gekühlt, daß die krümmungsinnere Randkruste 208 und die zwei seitlichen Randkrusten des Gießstranges S etwa dieselbe Stärke wie die entsprechenden Randkrusten der nach den herkömmlichen Verfahren erhaltenen Gießstränge 5 1 aufweisen, wie aus einem Vergleich der F i g. 5 und 6 ersichtlich ist.

In Verbindung mit der erfindungsgemäßen ungleichen Kühlung der krümmungsäußeren und der krümmungsinneren Strangseite E bzw. A im Bereich der vertikalen geraden Strangführung 3 sind die Anordnung dieser Strangführung 3 und die einwandfreie Führung des Stranges 5 im Bereich derselben besonders wichtig. Die gerade Strangführung 3 dient nämlich nicht nur zur Stützung des noch größtenteils aus schmelzflüssigem Stahl bestehenden Stranges, sondern verhindert auch die selbsttätige Biegung des Stranges S infolge der verschieden starken Kühlung der krümmungsäußeren und der krümmungsinneren Strangseite E bzw. A. Dadurch wird nicht nur das Auftreten von schädlichen Spannungen bzw. Verformungen in der erstarrten Randkruste 8 des Strangs 5 vermieden, sondern es werden gleichzeitig jegliche Störungen der Dendritenbildung in der Übergangszone zwischen der erstarrten Randkruste 8 und dem schmelzflüssigen Strangkern 9 ausgeschlossen. Infolgedessen kann die Stärke der erstarrten Randkruste 8 des Strangs 5 beim Durchlaufen der geraden Strangführung 3 ungestört und schnell zunehmen, bis das für die anschließende zwangsläufige Abbiegung des Stranges S erwünschte Stärkeverhsltnis zwischen der dickeren krümmungsäußeren Randkruste 108 und der dünneren krümmungsinneren Randkruste 208 erreicht wird.

Die stärkere Kühlung der krümmungsäußeren Strangseite E im Bereich der geraden Strangführung 3 kann praktisch mit beliebigen baulichen Mitteln bzw. Maßnahmen erzielt werden. Die Erhöhung der krümmungsäußeren Strangkühlung gegenüber der Kühlung der anderen Strangseiten und insbesondere gegenüber der krümmungsinneren Strangkühlung hängt von den Abmessungen und der Form des gegossenen Strangquerschnitts, sowie von den Stahleigenschaften und von den zulässigen Höchstgrenzen der Dehnungen im zugbeanspruchten Teil des Strangquerschnittes ab. So z. B. kann die Kühlung der krümmungsäußeren Strangseite Eetwa 20% bis 100% stärker sein, als die Kühlung jeder anderen Strangseite bzw. der krümmungsinneren Strangseite A.

Nach dem Abbiegen des Strangs 5 von der vertikalen geraden Strangführung 3 in die anschließende Bogenstrangführung 4, kann im Bereich dieser letzteren der

krümmungsäußeren Strangseite E und der kleineren Kühlintensität der anderen Strangseiten, insbesondere der krümmungsinneren Strangseile A, sprunghaft oder in der Stranglängsrichtung fortschreitend herabgesetzt bzw. aufgegeben, ja sogar umgekehrt werden, und zwar derart, daß die erstarrten Randkrusten auf allen Strangseiten, insbesondere die Randkrusten 108,208 auf den krümmungsäußeren und krümmungsinneren Strangse^:;en fbzw. A dieselbe Stärke annehmen, bevor der Strangquerschnitt vollständig erstarrt ist. Zu diesem Zweck kann die größere Kühlintensität der krümmungsäußeren Strangseite Eherabgesetzt und/oder die kleinere Kühlintensität der anderen Strangseiten, insbesondere der krümmungsinneren Strangseite A erhöht werden. Die im Biegebereich des Strangs 5 exzentrische, d. h. in Richtung auf die krümmungsäußere Strangseite E verschobene Nullinie N-N des Strangquerschnittes wandert infolgedessen gegen die krümmungsinnere Strangseite A und stellt sich in die Mitte des Strangquerschnitts ein. Der noch schmelzflüssige, im Biegebereich exzentrische Strangkern 9 stellt sich entsprechend mittig ein, und der Strangquerschnitt nimmt vor der vollständigen Erstarrung des Gießstrangs 5 wieder eine symmetrische Form an, wie insbesondere in Fig.4 dargestellt ist. Fig.3 zeigt den Strangquerschnitt in einer Übergangsphase zwischen F i g. 2 und 4.

In Verbindung mit dieser Vergleichmäßigkeit der Randkrustenstärke dient die Bogenstrangführung 4 nicht nur zur Stützung des Strangs S, sondern auch dazu, den abgebogenen Strang auf der vorgeschriebenen bogenförmigen Bahn zu halten, und zwar entgegen Jen durch die unterschiedliche Kühlung der Strangseiten bzw. durch die unterschiedliche Stärkezunahme der Randkrusten bewirkten Verwerfungstendenzen des Strangs.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen metallischer Stränge, insbesondere aus Stahl, in einer Bogen-Stranggicßanlage mit vertikaler Stranggießkokille, bei dem die krümmungsäußere Strangseite intensiver als die gegenüberliegende Strangseite gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang im Bereich einer sich an die Stranggießkokille anschließenden vertikalen Strangführung auf einer Seite intensiver gekühlt wird und daß in einer anschließenden Bogenführung der Unterschied zwischen der größeren Kühlintensität der intensiver gekühlten, nunmehr krümmungsäußeren Strangseite und der kleineren Kühlintensität der gegenüberliegenden, nunmehr krümmungsinneren Strangseite verringert oder umgekehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, taß der Unterschied zwischen der größeren Kühüntensstät der krümmungsäußereit Strangseite (E) und der kleineren Kühlintensität der krümmungsinneren Strangseite (A) durch Herabsetzung der Kühlintensität der krümmungsäußeren Strangseite (E) erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen der größeren Kühlintensität der krümmungsäußeren Strangseite (E) und der kleineren Kühlintensität der krümmungsinneren Strangseite (A) durch Erhöhung der Kühlintensität der krümmungsinneren Strangseite (A) erzielt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis; 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herabsetzung des Unterschiedes zwischen der größeren Kühlintensität der krümmungsäußeren Strangseite (E) und der kleineren Kühlintensität der krümmungsläufigen Abbiegung des Gießstrangs (S) von der vertikalen geraden Führungsstrecke (3) in die kreisbogenfönnige Führungsstrecke (4) beginnt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der krümmungsinneren Strangseite benachbarten seitlichen Strangflächen und die krümmungsinnere Strangseite (E) jeweils mit derselben intensität gekühlt werden.