DE19921296A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von stranggegossenen StahlerzeugnissenInfo
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Abstract
Um beim kontinuierlichen Stranggießen ein Gießerzeugnis mit homogenen Eigenschaften über dem Strangquerschnitt der Kernverdichtung auch bei hohen Gießgeschwindigkeiten zu erreichen, wird bei einem Verfahren, das einen Verformungsschritt des flüssigen Kerns (softreduction) des Gießerzeugnisses aufweist, vorgeschlagen, den Verformungsschritt nur mittels eines Rollenpaares (23) durchzuführen und als Regelgröße die Strangauszugskraft (Z) zu verwenden, wobei in Abhängigkeit eines Soll- und Istwertvergleichs das Verhältnis zwischen der Position des Rollenpaares und der Sumpfspitze (S) derart geregelt wird, daß die Durchstarrung des Stranges stets und unmittelbar im Rollenspalt der beiden Rollen (24, 25) stattfindet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen
Stahlerzeugnissen, wobei das Verfahren einen Verformungsschritt des flüssigen
Kerns des Gießerzeugnisses aufweist. Zudem betrifft sie eine Vorrichtung zum
Stranggießen von Stahl, umfassend eine Kokille, Mittel zur bogenförmigen Füh
rung und Stützung des abgezogenen Strangs sowie Mittel, die entlang der Strang
gießbahn angeordnet und zueinander beweglich sind, um eine geringe Verfor
mung des Gießerzeugnisses durchzuführen. Ein solche geringe Verformung ist
auch unter dem Begriff softreduction bekannt.
Beim Stranggießen erstarrt der kontinuierlich gegossene Strang über die Bildung
einer festen Strangschale in der Kokille, um anschließend in Richtung Strangmitte
während des Abziehvorgangs zu erstarren. Hierbei kommt es an der Erstarrungs
front zu Anreicherungen von Legierungselementen. Diese verursachen im
durcherstarrten Strang Kernseigerungen, die wiederum für Inhomogenitäten und
ungleichmäßige Eigenschaften über dem Strangquerschnitt verantwortlich sind.
Um die Erstarrungsvorgänge positiv zu beeinflussen, ist das elektromagnetische
Rühren bekannt, wobei der Schmelze eine Strömungsbewegung auferlegt wird.
Ein Rühren in der Sekundärkühlzone oder in der Finalzone einer Stranggießanla
ge soll ein globulitisches Erstarrungsgefüge herbeiführen und die Kernseigerung
vermindern.
Als ein weiteres Mittel zur Verhinderung der Seigerungen an der Erstarrungsfront
und Erhöhung der Kerndichte wird die softreduction eingesetzt, bei der es zu ei
nem geringfügigen Verwalzen des noch nicht vollständig durcherstarrten Stranges
und damit des noch flüssigen Kerns kommt. Aus der EP 0 603 330 B1 ist ein Ver
fahren zum Herstellen von Knüppeln und Blöcken aus stranggegossenen Stahler
zeugnissen bekannt mit einem solchen Schritt des Verformens des flüssigen
Kerns des Gießerzeugnisses. Dieser Verformungsschritt wird in der Stranggieß
bahn zwischen dem Punkt, an dem noch nicht erstarrte Bereiche vorhanden sind
und dem Punkt, bei dem das Erzeugnis vollständig erstarrt ist, in einer Zone
durchgeführt, die zwischen Punkten liegt, die einer Konzentration der festen Kör
ner im Inneren des flüssigen Kerns von 10% bzw. 80% entsprechen. Hierzu wird
eine Vorrichtung vorgeschlagen, die äußere und innere Segmente einer bogen
förmigen Rollgangstrecke umfaßt. Die bogenseitig innenliegenden Segmente sind
gegenüber den außenliegenden Segmenten beweglich. Senkrecht zu den Rollen
der Segmente sind zusätzliche Rollen von Rollenkäfigen vorhanden, die ebenfalls
in Richtung Gießachse gedrückt werden.
Ferner führt bei dem Schnellgießverfahren der sich einstellende längere und dün
nere Sumpf zwangsläufig zu mehr Porosität und Seigerungen. Dies begrenzt we
gen der schlechteren Qualitäten ein Ausnutzen der Vorteile des Schnellgießens.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung bereitzustellen zur Herstellung von Strangprodukten mit homogenen
Eigenschaften über den Strangquerschnitt insbesondere durch Verhinderung von
Seigerungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Kerndichte. Das Verfahren und die
Vorrichtung sollen insbesondere auch bei Anlagen mit hohen Gießgeschwindig
keiten und an das Endformat angepaßten Gießformaten zum Einsatz kommen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruch 1
und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Grundgedanke der Erfindung ist ein Regelverfahren, bei dem die Strangauszugs
kraft als Regelgröße zur Einstellung der Lage der Sumpfspitze im Verhältnis zu
der Position eines die Verformung durchführenden Rollenpaares und somit des
Rollenspaltes entlang der Stranggießbahn verwendet wird, um zu erreichen, daß
sich die Sumpfspitze stets unmittelbar im Rollenspalt befindet, d. h., daß der
Strang unmittelbar im Bereich zwischen den beiden Rollen und somit während des
Verformungsschritts durcherstarrt. Die Strangauszugskraft ist eine von der vorge
gebenen Anstellkraft der Rollen, der Verformungsdicke und einem Werkstoff
kennwert abhängige Größe. Der Sollwert ist die Auszugskraft, die sich ergibt,
wenn sich die Sumpfspitze unmittelbar im Rollenspalt befindet. Bei Abweichung
des Istwertes vom Sollwert kann das gewünschte Verhältnis zwischen der Sumpf
spitzenlage und Rollenspalt bei einer ersten Ausführungsform mittels Änderung
der Gießgeschwindigkeit und bei einer zweiten Ausführungsform mittels Änderung
der Position des Rollenpaars am Strang eingestellt werden. In einer dritten Aus
führungsform wird vorgeschlagen, daß das Verhältnis zwischen der Sumpfspit
zenlage und dem Rollenspalt sowohl durch die Parameter der Gießgeschwindig
keit als auch durch die Verfahrbarkeit des Rollenpaares entlang der Stranggieß
bahn regelbar ist. Insgesamt wird eine Änderung der Erstarrungslage beispiels
weise durch Änderung der Gießtemperatur durch Überhitzung oder bei Änderung
der Solidustemperatur nach erfolgter Legierungsfeineinstellung von dem Regel
verfahren selbständig erkannt und korrigiert.
Vorrichtungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Durchmesser der Rollen zwi
schen 400 bis 1800 mm liegt. Durch die Wahl großer Rollendurchmesser im Ver
hältnis zu den üblichen Durchmessern von Treiberrollen ist über den im Verhältnis
flachen Anstellwinkel und über die gedrückte Länge eine optimale softreduction
erreichbar und eine Änderung der Auszugskraft sicher erkennbar. Zudem stellt die
gedrückte Länge mit flachem Anstellwinkel bei gleichzeitiger großer Volumenrück
verdrängung sicher, daß die Volumenminderung in der Enderstarrung durch
Rückverdrängung des noch flüssigen Kerns mehr als ausgeglichen wird. Dieser
Vorteil wird bei den softreduction-Systemen mit mehreren Rollenpaaren nach dem
Stand der Technik nicht sicher erreicht. Zudem ist es bei den bekannten Mehrrol
lensystemen nicht auszuschließen, daß es zwischen zwei benachbarten Rollen
paaren zur Enderstarrung kommt, was einer normalen Enderstarrung ohne softre
duction gleichkommt.
Vorrichtungsgemäß ist durch die Wahl großer Rollendurchmesser eine große Dicken
reduzierung des Strangs mit nur einem Rollenpaar möglich, die im praktischen
Betriebsbereich eine Reduzierung von 12 bis 15 mm ausmachen kann, ohne am
Strang Innenschäden zu verursachen. Die Dehnung an der Erstarrungsfront ist
über eine weiche Reduzierungseinstellung gering. Die Rollendurchmesser be
stimmen die Steilheit der softreduction-Zone und damit die Dehnungsgrenzen und
den Grad der Verdichtung.
Strangabwärts hinter dem Rollenpaar ist ein Treiberrollenpaar angeordnet, über
deren Drehmoment der Wert der Strangauszugskraft bestimmbar ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einem stationär angeordneten Rollenpaar entlang der Stranggieß
bahn;
Fig. 2 die Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem zwei
ten, wahlweise betätigbaren, stationär angeordneten Rollenpaar,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem entlang der Stranggießbahn verfahrbaren Rollenpaar, das
strangabwärts vor einem Richtbereich angeordnet ist;
Fig. 4 die Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 3 mit einem entlang
der Stranggießbahn verfahrbaren Rollenpaar, das strangabwärts
hinter einem Richtbereich angeordnet ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Kombination mit einem Treiberrollenpaar;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit Rollenpaar und Treiberrollen
paar;
Fig. 7 eine Ansicht entlang des Schnittes A-A der Vorrichtung nach Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht entlang des Schnittes B-B der Vorrichtung nach Fig. 6;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung mit Fahrschienen;
Fig. 10 a,b eine schematische Ansicht des Rollenpaares mit zwei unterschied
lich großen Rollendurchmessern.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Anordnungen der ersten und zweiten
Ausführungform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 1 ist eine Strang
gießvorrichtung 1 sehr vereinfacht dargestellt, die im wesentlichen eine Kokille 2
und eine bogenförmige Stranggießbahn 3 umfaßt. Die Stranggießbahn 3 setzt sich
üblicherweise aus einem Kühlbereich 4 und einem sich daran anschließenden
Auszieh- und Richtbereich 5 zusammen. Erfindungsgemäß wird der softreduction-
Prozeß nicht mittels einer Vielzahl von Rollenpaaren oder Rollenkäfigen, sondern
nur von einem stationär angeordneten Rollenpaar 6 übernommen, das sich aus
einer Ober- und Unterrolle 7, 8 zusammensetzt. Strangabwärts ist hinter dem
Rollenpaar 6 zum Reduzieren ein Treiberrollenpaar 9 zum Richten angeordnet mit
einer oberen und unteren Treiberrolle 10 und 11. Die jeweiligen Rollengerüste 12,
13 sind stark vereinfacht dargestellt.
In Fig. 2 sind entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ne
ben einem ersten Rollenpaar 6 und Treiberrollenpaar 9 ist ein zweites Rollenpaar
14 mit entsprechendem Treiberrollenpaar 15 vor dem ersten stationär an der
Stranggießbahn angeordnet. Mittels Veränderung der Gießgeschwindigkeit kann
die Ausbildung der Sumpfspitze im Strang geregelt und damit das Ziel erreicht
werden, daß die Durcherstarrung des Strangs stets im Spalt zwischen dem Rol
lenpaar stattfindet, um eine optimale Kernverdichtung zu erreichen und Kernseige
rungen zu verhindern. Bei zwei Rollenpaaren kann wahlweise das erste oder
zweite Rollenpaar eine softreduction der Sumpfspitze übernehmen, wobei die
Unterrolle des Paars 20 wahlweise vorhanden ist.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Fig. 3 und 4 ver
deutlicht. Es handelt sich um ein Rollenpaar 16, welches zusammen mit einem
entsprechenden Treiberrollenpaar 17 entlang der Stranggießbahn verfahrbar ist.
Eine solche Positionsänderung ist mit dem Rollenpaar 16' bzw. 17' verdeutlicht.
Strangabwärts ist hinter dem Rollenpaar 16 ein Richtbereich 18 angeordnet, der
sich aus zwei Treiberrollenpaaren 19 und 20 zusammensetzt.
Fig. 4 verdeutlicht diese Ausführungsform mit einem verfahrbaren Rollenpaar 21,
das hinter dem Richtbereich 18 angeordnet ist. Mit 21' ist das versetzte Rollenpaar
bezeichnet. Der Verfahrweg wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit der
Strangauszugskraft gesteuert. Er ist ebenfalls abhängig von der Gießgeschwin
digkeit. Bei geringer Gießgeschwindigkeit reicht ein kleiner Verfahrweg (Fig. 3),
bei höherer Gießgeschwindigkeit wird der Verfahrweg größer (Fig. 4).
Das Regelverfahren in Kombination mit einem Treiberrollenpaar 22 zeigt schema
tisch Fig. 5. Es ist ein Rollenpaar 23 auf einem Stranggießerzeugnis mit der
Ausgangsdicke D1 und der reduzierten Dicke D2 angeordnet. Das Rollenpaar wird
entweder auf eine Solldicke eingestellt oder auf Distanzstücke angestellt. Sowohl
die Ober- als auch die Unterrolle 24, 25 der softreduction-Rollen sind hinsichtlich
ihrer Anstellkraft P und ihrem Weg regelbar, hier mit 26 schematisch dargestellt.
Die erforderliche Kraft Z zum Ausziehen des Stranges wird mittels der Anstellkraft
P, der Dickendifferenz sowie einem Werkstoffkennwert bestimmt und das notwen
dige Drehmoment Md für die Rollen 27, 28 des nachgeschalteten Treibers 22 be
rechnet. Dabei ist der Sollwert die Auszugskraft, die sich ergibt, wenn sich die
Sumpfspitze S bzw. das Erstarrungsende unmittelbar im Spalt der beiden Rollen
24, 25 befindet. Bei einer Abweichung zwischen Ist- und Sollwert findet eine Kor
rektur des Lageverhältnisses zwischen Rollenpaar und Sumpfspitze entweder
durch Änderung der Gießgeschwindigkeit oder durch Veränderung der Position
des Rollenpaares 23 statt.
Fig. 6 verdeutlicht den Aufbau eines solchen softreduction-Gerüstes in der Sei
tenansicht. Das softreduction- und Treiberrollenpaar 23 und 22 sind in einem ge
meinsamen Gerüstrahmen 29 angeordnet. Die Weg- und Kraftregelung des Rol
lenpaares 23 wird von zwei auf die Rollenachsen 30 und 31 wirkenden Hydrau
likzylindern 32, 33 übernommen, was durch die Schnittansicht A-A der Fig. 7
deutlich wird. Mit 34 ist das Stranggußerzeugnis bezeichnet, mit 35 der zusam
mengepreßte Kernbereich zwischen den beiden Rollen 24 und 25. Fig. 8 zeigt
die Schnittansicht B-B der Fig. 6. Die Anstellung der beiden Treiberrollen 27, 28
erfolgt mittels der beiden Hydraulikzylinder 36 und 37. Die Rollen 27 und 28 sind
jeweils mit Antriebsmitteln 38 und 39 versehen, deren Antriebsmoment Md als Maß
für die Auszugskraft Z dient. Nach der zweiten Ausführungsform ist
der Gerüstrahmen 29 mit softreduction- und Treiberrollenpaar 23 und 22 entlang
der Stranggießbahn verfahrbar. Dies wird nach Fig. 9 vorzugsweise mittels Lauf
rädern 40, 41 erreicht, die an beiden Seiten des Gerüstrahmens 29 angeordnet
sind. Es sind Fahrschienen 42, 43 entlang der Stranggießbahn vorhanden, in de
nen die Laufräder in Kombination mit dem Gerüstrahmen verfahrbar sind.
Mittels der Fig. 10a und 10b wird durch Darstellung einer Rolle mit einem
Durchmesser von 400 mm und einer Rolle mit einem Durchmesser von 1500 mm
verdeutlicht, daß mit Hilfe der im Verhältnis großen Rollen eine kontrolliertere
Kernverdichtung möglich ist. Nach der Formel Id = (d/2.Δh) mit Id = gedrückte Län
ge, d = Durchmesser und Δh = Dickenabnahme wird deutlich, daß bei gleichem Δh
mit steigendem d die gedrückte Länge steigt und der Anstellwinkel α über der ge
drückten Länge kleiner wird. Ein größere gedrückte Länge und ein kleinerer Win
kel α bedeuten einen flacheren Anstellwinkel und somit eine geringere Dehnung
an der Erstarrungsfront im Strangkernbereich und eine längere Reduktionsstrecke.
Dies wirkt sich vorteilhaft auf eine Kernverdichtung aus. Eine zufriedenstellende
Kernverdichtung ist mit Rollen mit Durchmessern zwischen 400 und 1800 mm
möglich.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung können sowohl
Blöcke als auch Knüppel einer softreduction unterworfen werden, insbesondere
können profilierte, rechteckige, quadratische oder runde Stränge im Kern verdich
tet werden. Die beschriebene Vorrichtung kann in neue Anlagen eingesetzt wer
den, gleichzeitig ist es möglich, bestehende Anlagen nachzurüsten.
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen von stranggegossenen Stahlerzeugnissen, wobei
das Verfahren einen Verformungsschritt des flüssigen Kerns des Gießer
zeugnisses aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Istwert die Strangauszugskraft (Z) bestimmt wird, die sich im Ver formungsspalt eines den Verformungsschritt durchführenden Rollenpaares (23) in Abhängigkeit der vorgegebenen Anstellkraft (P) der Rollen, der Ver formungsdicke (ΔD) und einem Werkstoffkennwert ergibt,
daß dieser Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, wobei der Sollwert als die Auszugskraft definiert ist, die sich ergibt, wenn sich die Sumpfspitze (S) unmittelbar im Rollenspalt befindet, und
daß in Abhängigkeit der Abweichung des Istwertes vom Sollwert das Ver hältnis zwischen der Position des Rollenpaares und der Sumpfspitze derart geregelt wird, daß die Durcherstarrung des Stranges unmittelbar im Rollen spalt stattfindet.
daß als Istwert die Strangauszugskraft (Z) bestimmt wird, die sich im Ver formungsspalt eines den Verformungsschritt durchführenden Rollenpaares (23) in Abhängigkeit der vorgegebenen Anstellkraft (P) der Rollen, der Ver formungsdicke (ΔD) und einem Werkstoffkennwert ergibt,
daß dieser Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, wobei der Sollwert als die Auszugskraft definiert ist, die sich ergibt, wenn sich die Sumpfspitze (S) unmittelbar im Rollenspalt befindet, und
daß in Abhängigkeit der Abweichung des Istwertes vom Sollwert das Ver hältnis zwischen der Position des Rollenpaares und der Sumpfspitze derart geregelt wird, daß die Durcherstarrung des Stranges unmittelbar im Rollen spalt stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage der Sumpfspitze in Abhängigkeit der Gießgeschwindigkeit
eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Position des Rollenpaares eingestellt wird, indem das Rollenpaar
(23) entlang der Stranggießbahn verfahren wird.
4. Vorrichtung zum Stranggießen von Stahl zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, umfassend eine Kokille, Mittel zur bogenförmigen Füh
rung und Stützung des abgezogenen Strangs sowie Mittel, die entlang der
Stranggießbahn angeordnet und zueinander beweglich sind, um eine geringe
ge Verformung des Gießerzeugnisses durchzuführen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Durchführung der Verformung ein Rollenpaar (7, 14, 16,
21) mit einem Rollendurchmesser zwischen 400 und 1800 mm umfassen,
wobei das Verhältnis zwischen der Position des Rollenpaares entlang der
Stranggießbahn und der Sumpfspitze in Abhängigkeit eines Soll-
Istwertevergleichs der Strangauszugskraft so regelbar ist, daß die Durcher
starrung des Stranges unmittelbar im Rollenspalt stattfindet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß strangabwärts des Rollenpaares ein Treiberrollenpaar (9, 15, 17) an
geordnet ist, wobei der Istwert der Strangauszugskraft mitte4 s des
Drehmomentes der Treiberrollen bestimmbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rollenpaar (6) und das Treiberrollenpaar (9) stationär an der
Stranggießbahn angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein zweites Rollenpaar (14) strangabwärts zu dem ersten
Rollenpaar (6) angeordnet ist, wobei beide Rollenpaare wahlweise in Ab
hängigkeit der Lage der Sumpfspitze betätigbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rollenpaar (16, 21) und Treiberrollenpaar (17) entlang der Strang
gießbahn verfahrbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des Verfahrweges des Rollenpaares entlang der Strang
gießbahn in Abhängigkeit der Gießgeschwindigkeit regelbar ist.
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