DE2414514A1

DE2414514A1 - Stranggiessverfahren

Info

Publication number: DE2414514A1
Application number: DE2414514A
Authority: DE
Inventors: Tohru Arimura; Takaho Kawawa; Masaru Okado
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1974-10-10
Also published as: CA1019538A; US3974559A; FR2223114B1; JPS49121738A; FR2223114A1; DE2414514B2; JPS5916862B2

Description

' K/w ■ 2 41 A 514

Japan. Arm. Wo. 33 507/73
vom 26. März 1973

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha No. 1-3, 1-chome, Ootemachi Chiyoda-ku,.Tokyo, Japan

Stranggießverfahren

Die Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren.

Es wurde bereits mehrfach versucht, flüssigen Stahl im Stranggießverfahren zu gießen Bei dem Stranggießverfahren unterschweidet man eine Gießzone, eine sekundäre Kühlzone und eine Abzugsstation. In der Gießzone wird der flüssige Stahl in eine Gußform gegossen, während in der nachfolgenden sekundären Kühlzone der gegossene Stahl gewähnlich wassergekühlt und dadurch in den festen Zustand gebracht wird. Dieser Stahl wird dann durch mehrere Paare von Abzugswalzen abgezogen. Eine Schwierigkeit bei diesem Stranggießverfahren ist die Ausbildung einer Seigerungszone mit einem großen Gehalt an G und S in der Mitte des StrangquerSchnitts. Wenn Knüppel ^aus solch einem Strang in gewünschte Plattenabmessungen gewalzt werden, tritt eine Seigerungslinie entlang der Mittellinie des Querschnitts der Platte auf, die bei dem mechanischen Test dieses Stahls zu unerwünschten Phänomenen führen, beispielsweise zu einem Bruch entlang der Mittellinie. Verfahren, um die Seigerung und/oder Porosität in der Mitte des Strangs zu eliminieren,sind in ^_6n Japanischen Auslegeschriften38899/7i und 43457/71 beschrieben. Dort wird versucht, die genannten Mangel durch eine erhebliche Dickenverringerung von wenigstens 10 % im Querschnitt (erstgenannte Auslegeschrift) oder durch eine vollständige Dicken-

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verringerung in dem Walzwerk-zu vermeiden, wo der flüssige Teil in dem Strang 5-30 mm erreicht, wodurch der genannte Abschnitt eliminiert wird. Selbst wenn jedoch mit diesem Verfahren die Seigerung und/oder die Porosität zum Verschwinden gebracht werden können, kann mit Sicherheit festgestellt werden, daß bei diesem Verfahren Risse in dem Abschnitt zwischen dem flüssigen Teil und der Oberfläche des festen Teiles erzeugt werden.

Obwohl beide Verfahren den Eindruck erwecken, daß das Gußstück in seinem mittleren Bereich frei von Seigerung und/oder Porosität ist, bleibt der genannte Nachteil, der noch näher erläutert wird und es ist unmöglich, eine befriedigende Erstarrungsstruktur zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Stranggießverfahren anzugeben, bei dem interne Fehler wie die Seigerung und/oder Porosität im mittleren Bereich des Gußstücks vermieden und insbesondere auch keine Risse erzeugt werden.

Dazu besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß das ICraterende des Gußstückes einer Dickenverringerung unterworfen wird, wobei der Querschnitt um nicht mehr als 1,5 % bei jedem Walzenpaar der in der Abzugsstation angeordneten Walzen reduziert wird.

Weitere Gesichtspunkte der Erfindung im"Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung für die Ausbildung der Seigerungszone in der Dickenrichtung eines Gußstranges, der nach einem herkömmlichen Stranggießverfahren hergestellt ist;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Erzeugung der Risse im Querschnitt durch eine größere Dickenverringerung (Walzverhältnis) zeigt;

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Fig. 3 ein Diagramm, anhand dessen die Erzeugung von Rissen nach der Methode der endlichen Faktoren (finite factor method) in Abhängigkeit von der Querschnittsabnahme nahe bei dem Erstarrungspunkt analysiert wird;

Fig. 4 ein Modell zum Errechnen der inneren Zug- und Druckspannung in einem Gußstrang;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Querschnittsabnahme und der Spannung an der Erstarrungsgrenze darstellt;

Fig. 6 eine Darstellung, die die Erstarrungsschrumpfung bei· einem Gußstrang zeigt;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Verschiebung der Erstarrungsgrenze im Vergleich zu der Verschiebung der Außenfläche in einem Gußstück von 220 mm bei einer Qaerschnittsverringerung von 0,5 % darstellt;

Fig. 8 ein Modell des Kraterendes;

Fig. 9 eine Darstellung einer Stranggießvorrichtung, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen; und

Fig. 10 eine graphische Darstellung, die die Verteilung der chemischen Zusammensetzung in der Dickenrichtung eines Gußstückes (Bramme) zeigt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

In Fig. 1 ist gezeigt, wie die Zusammensetzung in dem Querschitt eines nach einem bekannten Verfahren hergestellten Gußstückes ausseigert, wobei die chemische Zusammensetzung des Stahls wie folgt gewählt war: G: 0,13%, Si: 0,22%, Mn: 0,62%, ' P: .0,013%, S: 0,017% und Al: 0,007%. Die Abmessungen des Stahls waren 200-nmi χ. 1600 mm, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die verwendete Stranggießmaschine war eine Maschine mit bogen-

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förmigem Förderweg für den Strang, wobei der Bogen einen. Krümmungsradius von 8 mm aufwies.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird eine große Menge von C und S in der Mitte des Querschnitts ausgeseigert. Wenn solche Knüppel zu der geforderten Endabmessung einer Platte gewalzt werden, tritt eine Seigerungslinie entlang der Mittellinie des Querschnitts der Platte auf, so daß die Gefahr besteht, daß der Stahl entlang der Mittellinie bricht. Durch die beiden Verfahren gemäß den oben genannten japanischen Auslegeschriften wurde versucht, diese Seigerung zu verhindern. Allerdings hatte sich gezeigt, daß durch diese bekannten "Verfahren Risse 3 (Fig. 2) in dem Abschnitt zwischen dem flüssigen Teil und der erstarrten Fläche erzeugt werden. Wenn das Gußstück, welches den noch nicht erstarrten Teil 2 enthält, einer Querschnittsverringerung von wenigstens 10% durch die Ziehwalzen 4 (Fig. 2) unterworfen wird, treten mit anderen Worten die Risse 3 in der Nachbarschaft der genannten Flächen auf, sodaß flüssiges Metall, welches durch Verunreinigungen angereichert ist, in die Risse eintritt und als Seigerungszone zurückbleibt. Ferner zeigen viele Experimente, daß die hier gewünschte Querschnittsabnahme durch die Ziehwalzen nicht immer erreicht werden kann, weil sich das Ende aes Kraters nicht an einer konstanten Stelle befindet. Beispielsweise ist in der Japanischen Auslegeschrift Nr. 4-3457/71 angegeben, daß eine Querschnittsabnahme von wenigstens 20% durch ein Walzenpaar erreicht werden soll. Solch eine extreme Querschnittsabnahme führt jedoch immer zu innenseitigen· Rissen, die nicht wieder geschlossen werden.

Ein Riß an der Erstarrungsgrenze wird in folgender Weise erzeugt: Wenn das vordere Ende des- erstarrten Abschnittes um 10 % reduziert wird, werden die Arbeitsbedingungen in der folgenden Weise festgesetzt: Durchmesser der Reduzierwalzen 480 mm, Strangdicke: 220 mm, Zahl aus trigonometrischen Faktoren, die auf der Methode der endlichen "Faktoren beruht: 582 (Längsrichtung 5 500 mm). Wie die Risse nahe bei dem Erstarrungspunkt durch die Querschnittsverringerung erzeugt werden, ist in Fig.3 gezeigt. Es hat sich gezeigt, daß Risse, die in Fig. 3 durch

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schwarze Flächen e angedeutet sind, durch die Zugspannung in Längsrichtung aufgrund der Querschnittsverringerung verursacht werden. Unter Verwendung der Methode der endlichen Faktoren mit drerDimensionen wurde ein Modell dadurch aufgebaut, daß die Reduzierwalzen 4„ - 4_C mit einem Durchmesser von 480 mm und

ι ο

einem Zwischenraum von 600 mm angeordnet wurden, während die Querschnittsverringeruig an den Walzen 4. bis 4^ durchgeführt wurde (Fig. 4). Die Untersuchung wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Tabelle I

Dreidimensionales Modell Modell A Modell B

Breite des Knüppels 1600 Dicke des Knüppels 220 Länge des Knüppels 4500· Senkrechter Abstand

vom Meniskus 10

Divisionsfaktor

(X-Rientung) 20

Divisionsfaktor
(Y-Richtung) 3

Divisionsfaktor
(Z-Richtung) 6

Gesamt-Zahl der

Faktoren 368

Temperaturverteilung
(Y-Richtung) 800 -

1200⁰C

1600

220

2000

10 20

6 · 368 800 - 1200⁰G

In Tabelle I ist der vertikale Abstand vom Meniskus mit 10 m angegeben, da die Querschnittsverringerung an dem horizontalen Abschnitt einer Stranggießmaschine mit bogenförmiger Strang- · führung, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, angewendet wird, und da die Höhe von,der Oberfläche des Stahlbades in der Gußform zu dem Gußstück an dem horizontalen Abschnitt auf 10 m eingestellt ist.

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Das Ergebnis der Untersuchung, wie sie oben charakterisiert ist und die Zugspannung in der Transpartrichtung X des Stranges oder der Bramme, die durch die vier nebeneinanderliegenden Walzenpaare gewalzt worden .ist, ist in Fig. 5 gezeigt. Im Falle einer Querschnittsabnahme von weniger als 1,5 %, beträgt der Maximal-χ weniger als 0,2 kg/mm , was in etwa dem

maximalen Spannungswert entspricht, wenn keine Querschnittsabnahme stattfindet. Wenn die Querschnittsabnahme nicht mehr als 1,5% beträgt, ist ersichtlich, daß keine Risse auftreten, selbst wenn die anderen Bedingungen, beispielsweise der Abrieb der Walzen, thermische Expansion und andere ungünstige Bedingungen, wie bei dem normalen Betrieb beibehalten werden. Es wurde mit Sicherheit festgestellt, daß die Risse bei einer Querschnittsabnahme von nicht mehr als 1,5 % selbst dann nicht auftreten, wenn, die Spannung zwischen dem Walzgerüst i und dem Walzgerüst i+1 in der Walzenanordnung von Fig. 4 schnell ansteigt.

Bei einer Überprüfung der Ursachen für die Fehler, wie die Seigerung und Porosität im mittleren Bereich des Gußstückquerschnittes, hat es sich gezeigt, daß die Seigerung größer wird, wenn die Zie,h'geschwindigkeit erhöht wird, während die anderen Gießbedingungen unverändert bleiben. Dies rührt daher, daß die größere Ziehgeschwindigkeit zu einer größeren Kraterlänge und einer länglicheren Form des Kraters führt. Daher tritt der verbleibende flüssige Stahl, der ein höheres Maß an Seigerung (höher, weil der flüssige Stahl bis nahe/zu dem Bereich der abfließenden Erstarrung kommt) nahe an dem vorderen Ende des Kraters aufweist, bei der Erstarrung in den Schrumpfungskanal eintritt und dadurch die Seigerung erzeugt. Wenn die Abzugsgeschwindigkeit weiter erhöht wird, wird der Krater noch länglicher und die nicht erstarrte Phase nahe an dem vorderen Ende des Kraters kann die Schrumpfungskanäle bei der Erstarrung nicht überdecken, was zu der Porosität im mittleren Bereich führt. Außer der Erzeugung von Schrumpfungskanälen (Lunker), werden die erstarrten Außenschichten durch den statischen Druck des flüssigen Stahls aufgeworfen. Dieses Aufwerfen wird durch die Auslegung der Stranggießmaschine und die Arbeitsbedingungen bestimmt. In einigen Fällen kann es jedoch mehrere Millimeter

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in der Dickenrichtung betragen. In diesem Fall fließt ein Rest von geschmolzenem Stahl mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen, wie im Falle der Erstarrungs-Lunkerkanäle, ein und bildet die Ursache für die Seigerung im mittleren Bereich des Gußstücks. Die Seigerung und/oder Porosität im mittleren Bereich kann verhindert werden, wenn die Querschnittsverringerung durch die Walzen in der- Abzugsstation in der erwähnten Weise durchgeführt wird und der konzentrierte, geschmolzene Stahl daran gehindert wird, sich an dem vorderen Ende des Kraters zu bewegen,, wobei der konzentrierte, geschmolzene Stahl in der Dendrit-Struktur an der Erstarrungsgrenze auftritt. Die Querschnitt sabnahme sollte in diesem Fall so erfolgen, daß sich keine Risse im Inneren des Gußstückes bilden und der geschmolzene Stahl, der im Zusammenhang mit der Erstarrungsschrumpfung und dem Aufwerfen konzentriert ist, nicht bis zum vorderen Ende des Kraters gelangt. Diese Dickenabnahme ändert sich in Abhängigkeit von dem Walzabstand, der Manteldicke (shell thickness), dem statischen Druck des flüssigen Stahls usw. Im Gegensatz zu großen Knüppeln neigen Knüppel mit einem kleinen Querschnitt nicht zum Aufwerfen, weil die Höhe der Strai ggußform kleiner und die Dicke des Erstarrungsmantels vergleichsweise stärker ist. Die minimale Querschnittsabnahme pro Walzenpaar ist daher gleich der Erst ar rungs schrumpfung zwischen den unmittelbar vorhergehenden Walzen und den betreffenden Walzen. Der Betrag der Erstarrungsschrumpfung ist in Fig. 6 als ^i D gezeigt, wobei dargestellt ist, daß der Erstarrungsmantel von Di bis D.(i+1) zunimmt, während sich das Gußstück von der Walze i zu der Walze i+1 bewegt. Auf diese Weise kann die minimale Querschnittsabnahme festgelegt werden. Ihr konkreter Wert ändert sich auch mit der Stahlsorte und kann daher nicht quantitativ angegeben werden.

Im folgenden wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Die Berechnung wurde unter den Bedingungen von Tabelle I durchgeführt, um die Änderungen in der Erstarrungsgrenze zu bestimmen, wenn das Gußstück 1 durch ein Walzenpaar 4,4 (Fig. 5) gewalzt wird. Aus Fig. 7 ergibt sich, daß, wenn die Oberfläche eines Gußstückes mit einer Dickenverringerung von 0,5 % (bei einem Gußstück von 220 mm Dicke entspricht dies 0,55 mm auf einer Seite des Guß-

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Stückes) gewalzt wird, die Erstarrungsgrenze sicli um einen Betrag von 90% ändert. In Fig. 7 zeigt der obere Teil der Kurve das Aufwerfen des Erstarrungsmantels, welches durch den stationären, geschmolzenen· Stahl verursacht wird. Es ist daher ersichtlich, daß die Erzeugung von Lunkerkanälen, die durch die Erstarrung des inneren, geschmolzenen Stahles durch die Querschnitt sverringerung verursacht wird, ebenfalls verhindert werden kann. Im allgemeinen ist die Lage des vorderen Endes des Kraters nicht an einer vorbestimmten Position zu finden, selbst wenn die Arbeitsbedingungen gleich sind. Folglich wurde diese Position durch ein Verfahren bestimmt, daß in der Japanischen Auslegeschrift Nr. 21092/71 beschrieben ist, wobei ein Metallstift durch eine Pistole in das Gußstück hineingetrieben wird, und die Erstarrungsgrenze bestimmt wird, während er sich teilweise in dem geschmolzenem Stahl auflöst. Die Untersuchung hat gezeigt, daß die genannte Position in dem Gußstrang mit einem Querschnitt von 1600 mm χ 200 mm, £_er mit einer Geschwindigkeit von 650 mm/min gegossen worden ist, sich in dem Bereich von 10,4 - 12,0 m gemessen von der Badoberfläche in der Gußform ändert. Diese Differenz w,i:rd noch größer, wenn die Abzugsgeschwindigkeit erhöht wird. Unter normalen Betriebsbedingungen liegt die Schwankung im Bereich von 2 m vor und hinter der mittleren Position. Damit die oben erwähnte Querschnittsverringerung durch Walzen ausgeführt werden kann und die Seigerung in dem mittleren Bereich des Stranges verhindert werden kann, sollte eine Walzengruppe mit einer Länge von mehreren Metern vorgesehen werden, wobei die Länge die Schwankungsbreite übersteigt. Dadurch kann ein optimaler Walzgang für den Abschnitt erzielt werden, in dem sich die Position des vorderen Endes des Kraters ändern kann.

Es ist auch zu berücksichtigen, welche Position des vorderen Endes des Kraters der genannten Querschnittsverringerung unterworfen werden soll. Die genannte Postion liegt in dem Abstand zwischen der Liquidus-Linie und der Solidus-Linie, wie in Fig. gezeigt ist. Gewöhnliche Stallte, die C, Mn, Si usw. enthalten, haben eine Liquidus- und eine Soliduskurve, wie in dem Phasendiagramm gezeigt ist. Wenn beispielsweise die Liquiduslinie bei

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152O⁰G für normalen Kohlenstoffstahl liegt, liegt seine Soliduslinie bei 1480⁰C, wobei sich eine Differenz von etwa 40⁰G ergibt. Fig. 8 zeigt den Krater 6 der Liquiduskurve und den Krater 7 der Soliduskurve. Der zwischen den Kratern 6 und 7 eingeschlossene Abschnitt ist mit Dendrit 8 oder einer gleichachsigen Struktur gefüllt, die eine Bewegung des geschmolzenen Stahls behindert. Andererseits wird eine Erstarrungsschrumpfung bewirkt, während sich die Temperatur von der der Liquiduskurve zu der der. Soliduskurve ändert, und der konzentrierte, geschmolzene Stahl tritt in die dadurch erzeugte Dendritstruktur ein und führt zur Seigerung. Daher ist die Strecke, die der Querschnittsverringerung unterworfen werden muß, der Abstand d in Fig. 8.

Im folgenden wird ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Wenn der Gußstrang 10 aus der Gußform 11 über eine sekundäre Kühlzone 12 durch eine Einrichtung 13 abgezogen wird, die mehrere Paare von Abzugswalzen aufweist, wird der Gußstrang 10 durch die Walzen in der Einrichtung 13 unter hydraulischem Druck unter Dickenabnahme ausgewalzt. In solch einem Fall wird die nötige Antriebskraft von einem Antriebsmotor geliefert. Die wirksame Länge der Einrichtung 13 mit den Abzugs- und Reduzierwalzen ist zu 11,6 m gewählt, um den Schwankungsbereich für die Position des vorderen Endes des Kraters genügend abzudecken. Die Kurve in der sekundären Kühlzone 12 hat einen Krümmungsradius von 10,5 m und die Länge zu dem Kurvenpunkt ist 16,9 m·

In solch einer Stranggußeinrichtung wurde ein Strang mit einem Querschnitt von 250 mm χ 2000 mm kontinuierlich gegossen. Die Erstarrungsgeschwindigkeit (Soliduskurve) beträgt D = 27-/T", (wobei D in Millimeter und t in Minuten angegeben wird) bezüglich seiner Dickenrichtung. Wenn die Abzugsgeschwindigkeit 1 m/min beträgt, liegt das vordere Ende des Kraters unter den Ziehwalzen 131 und es'erfordert eine Dickenverringerung von 0,5 bis 4 mm pro Walze. Das Ergebnis von diesem Verfahren ist, daß keine Seigerung und/oder Porosität in dem mittleren Abschnitt des Strangquerschnittes in diesen beiden Fällen erzeugt wurde.

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Die Verteilung der Zusammensetzung in Richtung der Dicke in dem Gußstrang, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, ist in Fig. 10 gezeigt. Aus einem Vergleich von Fig. 10 und Fig. 1 ergibt sich, daß die Seigerung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig verschwindet.

Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf Knüppel mit kleinem Querschnitt angewendet wird,· können ähnliche Ergebnisse leicht erzielt werden, und die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Stähle allein begrenzt. Vielmehr kann die Erfindung auch bei anderen Metallen angewendet werden.

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Claims

2AU5H Patentansprüche

1. Stranggießverfahren für flüssigen Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reduzier»alzgang von nicht mehr als 1,5% Querschnittsverringerung pro Walzenpaar einer Vielzahl von Walzenpaaren, die in einer Abzugszone nach einer sekundären Kühlzone angeordnet sind, an einem Abschnitt durchgeführt wird, der zwischen der Liquiduskurve und der Soliduskurve an dem vorderen Ende des Kraters eingeschlossen ist, der sich bei Erstarrung des flüssigen Stahles bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduzierwalzgang mit einer Querschnittsverringerung von 1,5 bis 0,5 % p?o Walzenpaar durchgeführt wird. .

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung im Bereich von 0,5 bis 4- mm Dickenabnahme"pro Walzenpaar liegt.

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