DE19860570C1 - Verfahren zur Erzeugung von runden Knüppeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von stranggegossenen Knüppeln in einer aus einer Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf, mindestens einer Entzunderungseinrichtung und mehreren nachfolgenden Walzgerüsten bestehenden Produktionsanlage. Zur Herstellung von runden Knüppeln mit einem Durchmesser zwischen 90 und 300 mm, wird der erstarrende Rundknüppel nach Austritt aus der Kokille und vor Einlauf in die nachfolgende Walzeinheit an seiner Oberfläche entzundert und die oberflächennahe Randschicht definiert auf eine für den jeweiligen Stahl optimale Temperatur vorgekühlt, bevor der Rundknüppel in zunächst mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalstichen und abschließend in einem Vertikalstich umgeformt wird, wobei die Oberfläche des vorverformten Knüppels vor dem letzten Stich nochmals entzundert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stranggegossenen Knüppeln in einer aus einer Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf, mindestens einer Entzunderungseinrichtung und mehreren nachfolgenden Walzgerüsten bestehenden Produktionsanlage.

In einer Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf erzeugte Knüppel weisen im erstarrten Zustand Materialkonzentrationsunterschiede über den Querschnitt auf. So treten bei fast allen Stählen poröse Stellen unterhalb der Oberfläche und im Kernbereich auf. Besonders betroffen sind Automatenstähle. Kohlenstoff-Mangan-Stähle besitzen Seigerungen im Kernbereich, die die Herstellung von z. B. hochfesten Drähten erschweren. Bei hochgekohlten Chromstählen kommt es zur Bildung von Flusen im Kernbereich, die z. B. die Qualität der Innenoberfläche von gewalzten Rohren hoher Präzision verschlechtern. Austenitisch rostfreie Chrom- Nickel-Stähle weisen je nach chemischer Zusammensetzung einen zum Teil hohen Anteil an δ-Ferrit als zweite Phase auf, der bei Rundknüppeln ein ausgeprägtes Maximum im Abstand von 0,4 bis 0,7 × Radius vom Kern hat und das Umformvermögen dieser Stähle bei nachfolgenden Schrägwalzprozessen stark herabsetzt, da sich in diesem Querschnittsbereich die Hauptumformzone befindet. Als Folge sind nur geringe Streckgrade realisierbar. Ab einem mittleren δ-Ferritgehalt von < 4% gibt es generelle Probleme der Umformbarkeit in Form von Rissen und Schalen.

Die Ursachen dieser Materialinhomogenitäten sind vielfältig. Genannt seien hier beispielhaft Materialdaten, Materialverunreinigungen, Schmelzentemperatur, Gießpulver, Kokillenbeschaffenheit, Erstarrungsgeschwindigkeit und Gießgeschwindigkeit.

Zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Metallsträngen ist es bekannt, nach dem Gießen, und zwar möglichst nahe dem Kokillenaustritt und bevor der Strang mit Spritzwasser in Berührung kommt, von der Oberfläche des Stranges Schlacke, Zunder und dergleichen Fremdstoffe abzusaugen (DE 41 23 956 C2).

Es sind verschiedene Maßnahmen zur Minderung bzw. Verhinderung o. g. Materialinhomogenitäten bekannt. Eine Möglichkeit ist die Verringerung der Gießgeschwindigkeit, um die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich Kokille und Sekundärkühlung zu erhöhen. Nachteile sind die Gefahr des Einfrieren des Verteilers der Stranggießanlage und die verringerte Produktion.

Eine weitere Möglichkeit ist das elektromagnetische Rühren (EMS) der erstarrenden Schmelze im Strang mit dem Vorteil des Brechens der erstarrenden Kristallite, der Durchmischung und der sich ergebenden feinglobulitischen Erstarrungsstruktur in einem großen inneren Bereich des Strangquerschittes. Nachteilig ist, daß der oberflächennahe Bereich in nur geringem Maße oder nur bei starkem Rühren erfaßt wird. Ein weiterer Nachteil ist die stationäre Anordnung von EMS. So wird für das Rühren des Kernbereiches ein zweiter Rührer im unteren Teil der Stranggießanlage benötigt. Zu starkes Rühren kann auch zur Kernaufweitung infolge des Wirkens der Zentrifugalkraft führen.

Eine anderer Vorschlag, der beim Stranggießen von quadratischen oder rechteckigen Knüppeln angewendet wird, ist der Ersatz der Ausziehtreiber durch sog. feststehende Zangengerüste im Bereich des Stranggußbogens, in denen der Knüppel abwechselnd zwischen glatten horizontalen und vertikalen Rollenpaaren bei noch flüssigem Kern verformt wird. Die vertikalen Rollenpaare müssen das in den Horizontalstichen gebreitete bzw. ausgebauchte Material zurückdrücken. Die Möglichkeiten der Umformung, d. h. der Höhenabnahme, sind begrenzt, da die Lage der Sumpfspitze infolge unterschiedlicher Stähle, Knüppelquerschnitte, Gieß- und Erstarrungsgeschwindigkeit veränderlich ist. Bei rißempfindlichen Stählen ist die Umformung der Kanten- und Eckenbereiche des Knüppelquerschnitts besonders kritisch. Aus diesen Gründen ist die Anwendbarkeit dieser Möglichkeit auf bestimmte Stähle begrenzt.

Schließlich wird eine weitere Möglichkeit praktiziert, nämlich das Schmieden von quadratischen oder rechteckigen Knüppeln mit großen Abmessungen in Höhe und Breite bei noch flüssigem Kern. Vorteilhaft dabei ist die größere Drucklänge, die beim Schmieden gegenüber dem Walzen erreichbar ist, wodurch ein größerer Grad der Verdichtung des Kernbereichs erzielt werden kann. Nachteilig ist die offensichtliche Begrenzung des Verfahrens auf große Querschnitte, da eine Positionierung eines Schmiedeaggregates im Bereich des Stranggußbogens nicht möglich ist.

Dem gesamten geschilderten Stand der Technik ist gemeinsam, daß die Möglichkeiten der Beeinflußung von unterschiedlichen Materialkonzentrationen über den Knüppelquerschnitt, insbesondere bei Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf eingeschränkt sind.

Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rundknüppeln mit einem Durchmesser zwischen 90 und 300 mm zu finden, das bzw. die bei entsprechender Anwendung die nachteiligen Materialinhomogenitäten über den Querschnitt abbaut und absolut absenkt.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß der erstarrende Rundknüppel nach Austritt aus der Kokille und vor Einlauf in die nachfolgende Walzeinheit an seiner Oberfläche entzundert und die oberflächennahe Randschicht definiert auf eine für den jeweiligen Stahl optimale Temperatur vorgekühlt wird, bevor der Rundknüppel in zunächst mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalstichen und abschließend in einem Vertikalstich umgeformt wird, wobei die Oberfläche des vorverformten Knüppels vor dem letzten Stich nochmals entzundert wird.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß durch die Inline- Vervorformung der äußeren Ringschicht mit Verdichtung bei flüssigem und festem Kern und die nahezu vollständige Verdichtung des Kernbereichs des Rundknüppels je nach Stahlmarke die Konzentrationsunterschiede über den Querschnitt z. B. in Form von Seigerungen und zweiten Phasen abgebaut und deren Gehalt stark verringert wird. Die Materialdichte wird durch Beseitigung von Poren unter der Oberfläche und im Kernbereich erhöht.

Nach einem ausgestaltenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Rundknüppel in den Horizontalstichen mit wachsendem Höhenumformgrad von ϕ =0,01 bis 0,15 bei gleichzeitig infolge der fortschreitenden Erstarrung abnehmendem Durchmesser des flüssigen Kerns umgeformt wird und der Vertikalstich nach völliger Durcherstarrung des Rundknüppels im horizontalen Auslaufbereich der Produktionsanlage an einem Ort erfolgt, dessen Lage relativ zum Ort der Horizontalumformung in Achsrichtung des Stranges verstellbar ist.

Durch zunehmende Umformung in den Horizontalstichen bei abnehmendem Durchmesser des flüssigen Kerns und durch den anschließenden Vertikalstich, dessen Ort in Abhängigkeit von dem zu verwalzenden Material und den Abmessungen des Rundknüppels in den Bereich des durcherstarrten Kerns verschoben werden kann, wird eine für nachgelagerte Umformprozeßstufen vorverformte Materialstruktur in einer äußeren Ringschicht mit einer Dicke von ² des halben Radius bei nahezu vollständig verdichtetem Kernbereich erzeugt.

Dazu wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Gießgeschwindigkeit und/oder die Lage des Ortes, an dem der Vertikalstich erfolgt, so gesteuert werden, daß die Sumpfspitze des erstarrenden Rundknüppels in dem Bereich zwischen dem dritten Horizontalstich und dem Vertikalstich liegt und spätestens beim Ausführen des Vertikalstiches eine vollständige Durcherstarrung bis zum Kern gewährleistet ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vertikal-Rundstranggießanlage und deren horizontalem Auslauf noch im Bogenteil des Führungsgerüstes eine Primärentzunderungsanlage und eine mehrgerüstige Walzeinheit mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalgerüsten angeordnet sind und den Horizontalgerüsten im waagerechten Teil der Strangführung ein bezogen auf die Lage der Sumpfspitze in Strangbewegungsrichtung vor und zurück bewegliches Vertikalgerüst mit angeflanschter Sekundärentzunderungseinrichtung folgen.

Die Rundknüppel werden im Bereich der Sumpfspitze am Ende des Stranggußbogens zunächst entzundert, die oberflächennahe Randschicht wird definiert auf eine für den jeweiligen Stahl optimale Temperatur vorgekühlt. Anschließend erfolgt eine Umformung zunächst in den mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalstichen und dem abschließenden Vertikalstich, wobei die Oberfläche des vorverformten Knüppels vor dem letzten Stich nochmals entzundert wird. Durch die Umformung in horizontaler und vertikaler Richtung entsteht die gewünschte für nachgelagerte Umformprozeßstufen günstige vorverformte Materialstruktur mit nahezu vollständig verdichtetem Kernbereich.

Die Anzahl der Horizontalgerüste resultiert aus dem Durchmesser des Rundknüppels, der Gießgeschwindigkeit und der realisierbaren Steigerung des Höhenumformgrades in den Horizontalstichen. Die Erstarrung des Kernbereiches ist durch Wahl des Abstandes vom letzten feststehenden Horizontalgerüst zum verschiebbaren Vertikalgerüst abgeschlossen. Dadurch kann die runde Form des Knüppels in nur einem Vertikalstich mit erhöhter Abnahme wieder hergestellt werden.

Nach einem ergänzenden Merkmal der Erfindung kann das letzte der Horizontalgerüste unter Last anstellbar ausgeführt sein, um im Zusammenspiel mit einem nachgeordneten Meßgerät für Messung von Höhe und Breite des vorverformten Knüppels im Sinne einer automatischen Walzspaltregelung das richtige Vorprofil für den nachfolgenden vertikalen Rundstich zu liefern. Die Einstellung soll so erfolgen, daß die Umformung möglichst gleichmäßig über den Knüppelumfang bei Minimierung der Zugspannungen an der Oberfläche verteilt wird, die Druckspannung auf das Knüppelzentrum soll mit wachsender Stichzahl bei gleichzeitiger Breitungsbehinderung erhöht und die Rundheit und Maßhaltigkeit des Knüppels nach Austritt aus der Walzeinheit gewährleistet sein.

Erfindungsgemäß werden die um den Rundknüppel ringförmig angeordneten Düsen der Primärentzunderungseinrichtung mit Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch versorgt, wobei der Abstand der Düsen von der Oberfläche des Rundknüppels sowie Druck und Intensität des auf die Oberfläche des Rundknüppels auftreffenden Mediums optimiert einstellbar sind.

Die aus mindestens einem Düsenring bestehende Sekundärentzunderungseinrichtung ist am Vertikalgerüst angeflanscht und mit diesem verschiebbar. Die um den Umfang des in den Horizontalgerüsten vorverformten Knüppels verteilten Düsen sind mit Druckluft beaufschlagbar, wobei der Abstand der Düsen von der Oberfläche des vorverformten Knüppels und ihr Abstand von Ring zu Ring und untereinander um den Ringumfang optimiert sind.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, insbesondere der Vorverformung und Verdichtung des stranggegossenen Vormaterials, werden je nach Stahlqualität Poren geschlossen, Lunker in ihrer Querschnittsfläche um ca. 15-35% gegenüber dem Fall ohne Vorverformung reduziert, Konzentrationsunterschiede in Form von Seigerungen, Entmischungen, zweiten Phasen abgebaut sowie deren Gehalt absolut verringert. Durch die Vorverformung werden außerdem die Oberflächenqualität der Rundknüppel verbessert und die Rutschgefahr bei einem nachfolgenden Schrägwalzprozeß verringert. Die vorverformte Materialstruktur ermöglicht im Vergleich zur Stranggußstruktur in nachfolgenden Verformungseinrichtungen einen höheren Streckgrad infolge höheren Umformvermögens.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Produktionsanlage für die Erzeugung von verformten Rundstrangguß ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Mit 1 ist die Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf bezeichnet, in deren Kokille ein Rundknüppel mit einem Durchmesser von zwischen 90 und 300 mm gegossen und nach unten abgezogen wird. Der Rundknüppel 2 wird in dem Bogengerüst der Anlage von der vertikalen in die horizontale Richtung umgelenkt und dabei in erfindungsgemäßer Weise behandelt. Dazu wird zunächst der im Inneren noch flüssige Rundknüppel in einer Primärentzunderungseinrichtung entzundert und gleichzeitig gekühlt, um die Oberflächenbedingungen für die nachfolgende Walzverformung des Rundknüppels zu schaffen. Die Verformung erfolgt in einer mehrgerüstigen Walzeinheit 4, bestehend aus drei aufeinanderfolgenden Horizontalwalzgerüsten 5, jeweils mit Falschrundkalibrierung aus zwei ineinander übergehenden Radien. Das letzte der drei Horizontalwalzgerüste ist unter Last anstellbar und mit einer Walzspaltregelung versehen, die mit der Meßeinrichtung 8 für die Höhe und Breite des Rundknüppels korrespondiert. Erkennbar endet die Sumpfspitze des flüssigen Kerns kurz hinter dem letzten der Horizontalwalzgerüste 5 der Walzeinheit 4. In dem Bereich, in dem der Rundknüppel 2 mit Sicherheit durcherstarrt ist, erfolgt nach einer Sekundärentzunderung bei 7 ein abschließendes Walzen des Rundknüppels 2 in dem Vertikalgerüst 6. Dieses Vertikalgerüst 6 ist in Pfeilrichtung verschiebbar, um den Ort seiner Verformung an die Lage der Sumpfspitze des Rundknüppels 2 so anzupassen, das die Verformung stets im erstarrten Bereich des Rundknüppels 2 erfolgt. Die Lage der Sumpfspitze kann sich je nach Gießgeschwindigkeit, Material und Abmessung des Rundknüppels 2 verändern. In diesem Fall kann das Vertikalgerüst 6 in Gießrichtung oder entgegengesetzt verschoben werden, oder die Gießgeschwindigkeit wird entsprechend, ggf. zusätzlich zur Verschiebung des Vertikalgerüstes 6 verändert.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von stranggegossenen Knüppeln in einer aus einer Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf, mindestens einer Entzunderungseinrichtung und mehreren nachfolgenden Walzgerüsten bestehenden Produktionsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von runden Knüppeln mit einem Durchmesser zwischen 90 und 300 mm, der erstarrende Rundknüppel nach Austritt aus der Kokille und vor Einlauf in die nachfolgende Walzeinheit an seiner Oberfläche entzundert und die oberflächennahe Randschicht definiert auf eine für den jeweiligen Stahl optimale Temperatur vorgekühlt wird, bevor der Rundknüppel in zunächst mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalstichen und abschließend in einem Vertikalstich umgeformt wird, wobei die Oberfläche des vorverformten Knüppels vor dem letzten Stich nochmals entzundert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundknüppel in den Horizontalstichen mit wachsendem Höhenumformgrad von ϕ = 0,01 bis 0,15 bei gleichzeitig infolge der fortschreitenden Erstarrung abnehmendem Durchmesser des flüssigen Kerns umgeformt wird und der Vertikalstich nach völliger Durcherstarrung des Rundknüppels im horizontalen Auslaufbereich der Produktionsanlage an einem Ort erfolgt, dessen Lage relativ zum Ort der Horizontalumformung in Achsrichtung des Stranges verstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit und/oder die Lage des Ortes, an dem der Vertikalstich erfolgt, so gesteuert werden, daß die Sumpfspitze des erstarrenden Rundknüppels indem Bereich zwischen dem dritten Horizontalstich und dem Vertikalstich liegt und spätestens beim Ausführen des Vertikalstiches eine vollständige Durcherstarrung bis zum Kern gewährleistet ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von stranggegossenen Knüppeln in einer Produktionsanlage, bestehend aus einer Vertikal-Rundstranggießanlage mit horizontalem Auslauf, mindestens einer Entzunderungseinrichtung und mehreren nachfolgenden Walzgerüsten dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vertikal-Rundstranggießanlage (1) und deren horizontalem Auslauf noch im Bogenteil des Führungsgerüstes eine Primärentzunderungsanlage (3) und eine mehrgerüstige Walzeinheit (4) mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Horizontalgerüsten (5) angeordnet sind und den Horizontalgerüsten (5) im waagerechten Teil der Strangführung ein bezogen auf die Lage der Sumpfspitze in Strangbewegungsrichtung vor und zurück bewegliches Vertikalgerüst (6) mit angeflanschter Sekundärentzunderungseinrichtung (7) folgen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen der Horizontalgerüste (5) jeweils mit einer Falschrundkalibrierung, bestehend aus zwei ineinander übergehenden Radien, das letzte Horizontalgerüst (5) mit einer Walzspaltanstellung unter Last und die Walzen des Vertikalgerüstes (6) mit einer aufgeschnittenen Rundkalibrierung ausgestattet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die um den Rundknüppel (2) ringförmig angeordneten Düsen der Primärentzunderungseinrichtung (3) mit Wasser oder einem Wasser-Luft- Gemisch versorgt werden und der Abstand der Düsen von der Oberfläche des Rundknüppels (2) sowie Druck und Intensität des auf die Oberfläche des Rundknüppels (2) auftreffenden Mediums optimiert einstellbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mindestens einem Düsenring bestehende Sekundärentzunderungseinrichtung (7) am Vertikalgerüst (6) angeflanscht und mit diesem verschiebbar ist und die um den Umfang des in den Horizontalgerüsten (5) vorverformten Rundknüppels (2) verteilten Düsen mit Druckluft beaufschlagbar sind, wobei der Abstand der Düsen von der Oberfläche des vorverformten Rundknüppels (2) und ihr Abstand von Ring zu Ring und untereinander um den Ringumfang optimiert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte der Horizontalgerüste (5) unter Last anstellbar ist.