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"Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern der Gefügestruktur
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einer Stahlstranggußbramme" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Verbessern der Gefügestruktur einer Stahlstranggußbramme durch Zugabe von festem
Eisen in die Kokille, das vor dem Erstarren der Schmeize in dieser aufschmilzt.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Stranggußbrammen woison ebenso wie andere Gußstücke eine Makrostruktur
mit drei aufeinanderfolgenden Zonen auf, einer feinkörnig erstarrenden Randschicht,
einer Dendritenzone und einer Globularzone im Kernbereich. In der Globularzone entstehen
infolge der Volumenverminderung des Metalles beim Absinken der Temperatur Mikrohohlräume,
je nach den Bedingungen auch größere Erstarrungshahlräume. Infolge der Anreicherung
der Restschmelze an Legierungselementen bei fortschreitender Erstarrung kommt es
farner zu Ungleichmäßigkeiten der Konzentration an diesen Elementen in der kernzone
des Brammenquerschnitts. Diese sogenannte Makroseigerung kann, insbesondere in Verbindung
mit Mikrphohlräumen oder Erstarrungshohlräumen, auch zu Rissen in der Bramme und
zu schweren Materialfehlern in dem daraus gefertigten-Endprodukt führen.
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Die Makroseigerung ist umso ausgeprägter - gleichermaßen die Ausbildung
der Dendritenzone unter Verminderung der Globularzone sowie die Hohlraumbildungen
in dieser - , je dünner die Globularzone ist.
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Die Makroseigerung wird deshalb gefördert und in erster Linie bestimmt
durch die Überhitzungswärme der vergossenen Schmelze, d. h.
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die bis zur Erstarrung abzuführende Wärmemenge. Infolgedessen ist
die Ausbildung der Globularzone im wesentlichen bestimmt durch die Überhitzungstemperatur
über dem Schmelzpunkt und die vergossene Stahlmenge, d. h. die Gießgeschwindigkeit.
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Diese zwei Parameter können jedoch beide nur scher begrenzt im Sinne
der Makrostrukturverbesserung verändert werden.
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Die Schmelze braucht eine gewisse Überhitzungstemperatur, um über
die zur Entleerung einer Pfanne über einen Tundish in die Kokille benötigte Zeit
mit Sicherheit ohne vorzeitige Erstarrung noch in der Pfanne oder im Tundish hinwegzukommen.
Die Überhitzung läßt dan zwar im Laufe eines Abgusses nach, muß zunächst aber verkraftet
werden. Eine hohe Temperatur hat im übrigen den Vorteil, das Aufsteigen von Verunreinigungen
in der Schmelze und Abscheiden in die Schlackenschicht in der Pfanne, im Tundish
und noch in der Kokille zu crleichertn und damit die Stahlqualität zu verbessern.
Eine Verringerung der GießgeschwindigkEit ist insbesondere mit Rücksicht auf die
Wirtschaftlichkeit unerwünscht.
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Aus diesen Gründen sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, die
Üborhitzungstemporatur erst im noch flüssigen Inneren der Bramme selbst zu senken.
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Eine Möglichkeit hierfür ist eine Verstärkung der Strömungen der Schmelze
in der Bramme, z. B. durch elektromagnetisches Rühren.
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Hierdurch gelangen immer wieder heißere Teile der Schmelze an die
von der Kokille und der Sekundärkühlung her gekühlte, bereits erstarrte Mußenschicht
der Bramme, so daß der WäremabfluB verstärkt wird. Das Ergebnis ist jedoch in seinem
Anwendungsbereich begrenzt.
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DiE Globularzone bleibt, je nach der Überhitzungstemperaur, vergleichsweise
dünn und enthält dementsprechend starke Seigerungen, z. 5. an Kohlenstoff und Schwefel,
sowie Erstarrungshohlräume und Risse. Eine wirksame und sichere Verringerung der
Steigerung und eine genügende VErkleinerung und Vergleichmässigung der Erstarrungshohlräume
kann
erst bei Olobularzonendicke von mehr als 25 % der Brammendicke beobachtet werden.
Das läßt sich jedoch mit der Rührung nicht mit Sicherheit erreichen.
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Ein andere Möglichkeit ist die obengenannte Verfahrensweise der Zugabe
von festem Eisen in die Kokille, das in dem es erhitzt und zum Schmelzen gebracht
wird, der Schmelze Lärms entzlcht. Diese Methode ist aus der DE-OS 23 29 953 bekannt.
Die Offenlegungsschrift befaßt sich mit der Zugabe von Eisenpulver und Granalien
in gewissen Korngrößen und Mengen.
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Si behandelt darüberhinaus noch ein anderes Prinzip, die Olobularzone
zu verbreitern, nämlich die Impfung der Schmelze mit Kristallisationskeimen, die
die zugegebenen Eisenkörner beim Aufschmelzen hinterlassen sollen.
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Auch mit dieser Zugabe von kaltem Eisen in die Kokille bleibt das
Ergebnis nach unbefriedigend, da die Art der Zugabe ungerichtet ist, und die Eisenpartikel
den zufälligen Strömungen im flüssigen Strangkern felgen. Darüber hinaus muß das
Pulver dem offenen Gießstrahl zugesetzt werden, damit ein Einströmen in den flüssigen
Kern möglich ist. tjeuto wird jedoch durchweg mit verdecktem Gießstrahl gearbeitet,
wodurch die Technik der Pulverzugabe unmöglich wird.
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Dcr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer aus einer überhitzten
Schmelze abgegessenen Stranggußbramme die Globularzone weiter zu verbreitern und
die Seigerung und die Hohlraumbildung weiter zu vergleichmässigen.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der eingangs bezeichneten
Art und sieht vor, daß das feste Eisen in Form von Draht mit grüßoror Geschwindigkeit
als die Absenkgeschwindigkeit der Bramme in die Kokille eingesenkt wird.
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Mit dieser Verfahrensweise wird die Wirksamkeit des zugegebenen festen
Eisens außerordentlich gesteigert. Die Globularzone wird beispielweise von 10 %
auf 52 S der Brammendicke vergrößert. Es treten weder Seigerungen noch Mikrohohlräume
in größerem AusmaB auf. Dabei wird zugleich weniger Eisen benötigt, beispielsweise
50/oo. Die Überhitzung kann erhöht und die Gießgeschwindigkeit kan gesteigert werden.
Die Länge des flüssigen Kerns des Stranges verkürzt sich.
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Die Erklärung mag darin liegen, daß nach der Erfindung das Eisen in
die Tiefe der Bramme gebraucht wird. Die Zugabe von Eisenpulver und Granalien, auch
wenn sie über den GiEßstrahl erfolgt, bleibt demgegenüber auf den oberen Strangbereich
der Schmelze beschränkt.
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In der größeren Tiefe ist der erstarrte Rand der Bramme dicker und
der Anteil der Schmelze am Brammenquerschnitt geringer. Dieselbe Eisenmonge bewirkt
hier eine dementsprechend größere Kühlung.
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Auch Wärembilanzrechnungen mit der tatsächlich erfolgten Abkühlung
und der Wäremkapazität es Drahtes gehen nur auf, wenn man eine bereits deutlich
verminderte Menge an Schmelze zugrunde legt. Darüber hinaus könnte der eingebrachte
Draht in der Schmelze die Keimbildung fördern und möglicherweise bei seinem Aufschmelzen
selbst arteigene Fremdkeime hinterlassen. Auch das könnte in der größeren Tiefe
der Bramme und in dem dort weiter fortgeschrittenen Zustand der Abkühlung und Erstarrung
wirkungsvoller als in der Nähe der Oberfläche der Schmelze sein. Schließlich wird
dem in die Tiefe der Bramme eingestoßenen Draht dort auch eine nicht geringe Rührwirkung
zuzuschreiben sein, mit der ein wesentlich verbesserter W'lrrmaustausch und damit
eine noch wirksamere Absenkung der Überhitzung verbunden ist.
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Je dicker der Draht und je größer seine Einsenkgeschwindigkeit, umso
tiefer gelangt Er. Auf diesem Wege ist ein gewisse Steuerung der Eindringtiefe möglich.
In der Regel wird man bestrebt sein, den Draht bis in den Stranggußsurnpf zu bringen,
andererseits aber ungeschmolzene Drahtreste zu vermeiden. Untersuchunchen an einer
erfindungsgemöß gegossenen Oramme haben keinerlei Hinweis auf das Vorhandensein
ungeschmolzener Reste des Drahtes gegeben. In den Einzelheiten richtet sich die
Durchführung des Verfahrens nach der Analyse und Qualität des zu erzeugenden Werkstoffs
sowie nach den jeweiligen Verhältnissen der Herstellung.
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Die Geschwindiykeit, mit der der Draht in die Kokille eingesenkt wird,
dürfte im Bereich von bis zu 400 m/min liegen, in der Regel zwischen 100 und 200
m/min.
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Als Drahtdruchmesser kommen vornehmlich bis 5 mm in Betracht, vorzugsweise
etwa 1 bis 2 mm.
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Die zugegebene Menge des Drahtes wird 3 % der Gießmenge kaum übersteigen
und meist wesentlich kleiner sein, weniger als 1 %.
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Auf dem üblichen langgezogenen Kokillenquerschnitt wird vorzugsweise
eine Mehrzahl von Drähten gleichmäßig verteilt.
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So ist es möglich und vorteilhaft, mit einer etwa bis zu 40° C, vorzugsweise
2(3 bis 3(30 C, über die Liquidustemperatur erhitzte Schmelze zu gießen.
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Welche Einflüsse Veränderungen der Parameter in der einen oder der
anderen Richtung haben und wodurch sich Grenzen ergeben, ist vor dem Hintergrund
der obigen Darlegungen und erst recht des allgemeinen Fachwissens ohne weiteres
ersichtlich und braucht deshalb hier nicht nocn einmal wörtlich ausgedrückt zu werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung
kennzeichnet sich dadurch1 daß über einer Stranggießkokille mindestens eine Führung
für einen Draht nach unten ausmündet, der eine Treibeinrichtung, vorzugsweise ferner
eine Richtmaschine, für den Draht vorgeschaltet ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Einführung von Draht in eine StrangsieEikokille
aus den DE-OS 23h3451 und 2702141 bekannt ist, jedoch nur zur Einführung eines anderen
Materials, Aluminium bzw. Cer, schlechthin und im Ergebnis nur bis kurz unter die
Oberfläche der Schmelze.
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Diese Drahtzugaben werden darüber hinaus mit anderen technisch-metallurgischen
Zielsetzungen, z. B. Desoxydation, Entschwefelung, Beeinflutung der Morphologie
von Einschlüssen, vorgeschlagen. Die Gedanken der vorliegenden Erfindung, kühlendes
Material in größere Tiefe zu bringen, weil es dort wegen des verminderten Querschnitts
der Schmelze wirksamer ist und dies durch entsprechend schnelles Abspulen und Einsenken
von Draht in die Bramme zu erreichen, liegen den bekannten Vorschlägen fern.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand eines Beispiels und Abbildungen
Leiter erluuíert.
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Bei diesem Beispiel handelt es sich um zwei Stränge der gleichen Schmelze,
die auf einer Zwillingsstranggießanlage vergossen worden sind.
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Die Gießparameter für beide Stränge sind folgende: Strangquerschnitt
2200 x 300 mm Gießgeschwindigkeit 0,45 m/min Überhitzung der Schmelze 240 C Strang
I Dieser Strang wurde in herkömmlicher Weise ohne Drahtzugabe vergossen.
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Fig. 1 zeigt das erhaltende Gefüge. Die Globularzone nimmt nur etwa
1(3 % der Brammendicke ein und ist von starken Seigerungen und Lunkern durchsetzt.
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Strang II Beim GieBen des Stranges II unter sonst gleichen Voraussetzungen
und Bedingungen wie am Strang I wurden 7,0 kg Draht/Tonne Schmelze hinzugefügt.
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Im einzelnen wurden sechs Drähte von 2 mm Durchmesser, gleichmäßig
über den Kokillenquerschnitt verteilt, mit einer Geschwindigkeit von 107/ m/min
von oben her in den Strang eingeschoben.
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Das erhaltene Gefüge zeigt Fig. 2. Die Globularzone erstreckt sich
über etwa 52 % der Brammendicke und ist frei von Makroseigerungen und Lunkern.
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Um diese Makrostruktur ohne Drahtzugabe zu erreichen, hätte die Schmelze
eine Überhitzungstemperatur von etwa minus 20 C im Tundish haben müssen. Von der
Frage der Durchführbarkeit abgesehen, wären dafür zum Kühlen der um 240 C überhitzten
Schmelze 14 kg festes Eisen/Tonne Schmelze notwendig gewesen, also doppelt soviel
wie bei der erfindungsgemäßen Kühlung in der Tiefe des Strangs.
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Fig. 3 zeigt die zum Einbringen des Drahtes verwendete Vorrichtung,
jedoch nur mit zwei Drähten.
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Die beiden Drähte 1 sind von zwei ruhend oder drehbar abspulbaren
Bunden 2 über Spannrollen 3, Führungsrohre 4, Umlenkrollen 5,
eine
Richtmaschine 6, eine aus zwi Treibrollen 7 bestehende, stufenlos verstellbare Treibeinrichtung
weitere Führungsrohre 8 zu einer Stranggießkokolle 9 geführt. Über dieser münden
die Führungsrohre 8 aus mit Umbiegungen 10, die den Draht 1 nach unten umlenken.
Trotz leichter Biegung infolge der Umlenkung noch genügend gerade, werden die Drähte
nach unten in die Schmelze 11 geschoben, aus der der Oeißstrang innerhalb seiner
erstarrten Schale 12 noch besteht.
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(3ai 13 ist ein Tundish mit eingetauchtem Einguß 14 angedeutet, aus
dem die Schmelze in die Kokille 9 gegossen wird Die Dosierung der notwendigen Drahtmenge,in
Ahängigkeit von der Überhitzung una der Gießleistung, wird durch ein automatisches
Regelsysterr, 15, das über die Geißdaten verfügt, vorgenommen.
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L e e r s e i t e