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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Strang-Gießwalzen von
Metallen, insbesondere von Stahl, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Vorrichtungen dieser Art sind in dem Aufsatz "Entwicklungsstand beim
Walzen von Stahl", Stahl & Eisen 101 (1981), S. 1367 bis 1371 beschrieben.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird in einer Stranggießmaschine
mit mitlaufender Kokille ein im Querschnitt trapezförmiger Gießstrang gebildet,
der nach dem Durcherstarren gerichtet und dann unmittelbar einer Walzstraße mit
mehreren Walzgerüsten zugeführt wird.
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In den den Stand der Technik veranschaulichenden Figuren 1 und 2 ist
ein Querschnitt durch die mitlaufende Kokille und ein Ausschnitt aus dem ersten
Walzgerüst der sich an die Richtvorrichtung anschließenden Walzstraße einer bekannten
Vorrichtung dargestellt.
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Die Kokille wird durch eine im Querschnitt trapezförmige Umfangsnut
1 eines Gießrades 2 gebildet, die über einen Teil des Gießradumfanges durch ein
mitlaufendes Stahlband 3 abgedeckt ist. Der Gießstrang ist mit 4 bezeichnet. Der
Querschnitt der mitlaufenden Stranggießkokille 1 entspricht einer Position kurz
vor dem Austritt des bereits teilweise erstarrten Gießstrangs 4 aus der Kokille.
Durch die Kontraktion beim Abkühlen des Materials haben sich Schrumpfspalte 5 an
den Seiten der Kokille gebildet, an denen das Material ausweichen kann.
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Der im Querschnitt trapezförmige Gießstrang 4 wird in dem in Fig.
2 dargestellten Zweiwalzen-Vertikalgerüst
durch Walzen 6 und 7 in
einen Strang 4' von im wesentlichen quadratischem Querschnitt umgeformt.
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Wegen der Grenze der thermischen Belastbarkeit der Walzen wird als
Grenzwert für die minimal zulässige Walzgeschwindigkeit der Wert 0,1 m/s angesehen.
Dies entspricht einer minimalen Gießgeschwindigkeit von 6 m/min. Bei dieser Gießgeschwindigkeit
treten Probleme auf, falls Stahl oder Materialien ähnlich geringer Wärmeleitzahl
verarbeitet werden und eine sich anschließende Stabstahl- oder Drahtstraße in ihrer
Leistungsfähigkeit voll ausgenutzt werden soll. Die Aderleistung derartiger Straßen
liegt bei 50 t/h und setzt bei Einsatz von Stahl und einer Gießgeschwindigkeit von
6 m/min einen Kokillenquerschnitt von etwa 180 cm2 voraus. Es hat sich herausgestellt,
daß bei der relativ hohen Gießgeschwindigkeit Porositäten und Kantenbrüche im Bereich
der kurzen Trapezseite des Strangquerschnitts auftreten. Die Erscheinung wird auf
eine ungleichmäßige Abkühlung des Strangs in der Kokille und auf dessen Zugbeanspruchung
im Bereich der kurzen Trapezseite sowohl beim Richten nach dem Austritt aus dem
Gießrad als auch bei der Umformung der Trapezform in eine quadratische Form beim
ersten Walzstich zurückgeführt (Fig. 2).
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer Vorrichtung der im Oberbegriff
des Anspruches 1 genannten Art stabförmiges Walzgut ohne Innenfehler mit hoher Oberflächengüte
bei hoher Stundenleistung, insbesondere bei einer Stundenleistung von mehr als 5Q
t/h zu erzeugen, das ohne Zwischenerwärmung in einer nachgeschalteten Stabstahl-
oder Drahtstraße verarbeitet werden kann.
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Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Kokille der Stranggießmaschine
im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet und an der Eintrittsseite der Walzstraße
für den im Querschnitt dreieckförmigen Gießstrang ein Dreiwalzengerüst vorgesehen,
dessen Walzen an den Kanten des Gießstranges angreifen. Durch die Dreieckform des
Querschnitts der Gießkokille wird eine gleichmäßigere Kühlung des Gießstranges in
der Kokille und ein größerer Abstand der Flüssigphase von der gefährdeten Kante
als bei einem Trapezquerschnitt erzielt. Schließlich wird der im Querschnitt dreieckförmige
Gießstrang durch das Dreiwalzengerüst, dessen Walzen an den Kanten des Gießstranges
angreifen, wobei die Druckrichtung durch die Schwerpunktachse des Strangprofils
geht, so verformt, daß in den von den Walzen gedrückten Flächen die gleiche Strekkung
entsteht. Hierdurch läßt sich trotz hoher Stundenleistung auch bei Stahl und anderen
Werkstoffen geringer Wärmeleitfähigkeit im Zusammenspiel zwischen einer gleichmäßigeren
Abkühlung und einer über den Querschnitt gleichmäßigeren Verformung stabförmigesWalzgut
ohne Innenfehler und mit hoher Oberflächengüte erzielen.
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Dem Dreiwalzengerüst schließen sich weitere Walzengerüste bis zur
Überführung des Quer schnitts in Stabstahl oder Draht an. Dem eingangsseitigen Dreiwalzengerüst
kann außerdem ein Vorbereitungsstich vorhergehen, der dazu dient, die scharfen Kanten
des Dreieckprofils abzurunden oder so zu verlagern, daß sie sich beim Andrükken
der Walzen des Dreiwalzengerüstes mit Druckrichtung durch die Schwerpunktachse des
Strangprofils nicht wegbiegen können. Dieser Stich kann ohne Flächenabnahme durchgeführt
werden.
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Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von sechs
Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Teilansicht
den Querschnitt durch ein Gießrad; Fig. 2 in einer Vorderansicht schematisch ein
Zweiwalzenvertikalgerüst einer bekannten Vorrichtung zum Strang-Gießwalzen von Metall;
Fig. 3 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 4 den Querschnitt IV-IV
von Fig. 3; Fig. 5 den Querschnitt im Bereich des ersten Walzengerüstes; und Fig.
6 das Kalibrierungsschema der ersten vier Walzstiche.
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Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Vorrichtung zum Strang-Gießwalzen
von Metallen enthält eine Gießmaschine 8, eine Treib- und Richtvorrichtung 9 und
eine Walzstraße 10. Die Gießmaschine enthält ein Gießrad 11 mit einer im Querschnitt
dreieckförmigen Umfangsnut 12 (siehe Fig. 4), die über einen Teil des Gießradumfanges
durch ein mitlaufendes Stahlband 13 abgedeckt ist. Hierdurch wird eine mitlaufende
Kokille 14 gebildet, in die mittels einer Gießpfanne 15 das flüssige Metall, insbesondere
Stahl, gegossen wird. Durch Kühlen der Kokillenwände wird erreicht, daß die Schale
des Gießstranges 16 beim Austritt aus der Kokille, d.h. an der Stelle, an der das
Kokillenband 13 durch eine Rolle 17 nach unten abgelenkt wird, erstarrt ist, wobei
sich der in Fig. 4 mit 18 bezeichnete Schrumpfspalt gebildet hat. Mit 19 ist eine
Wassersprüheinrichtung bezeichnet, durch die Wasser im Bereich der Kokille gegen
das Kokillenband 13 gesprüht wird. Nach dem Austritt aus der Kokille wird der Strang
durch
eine Anzahl von Rollen geführt. In der sich an die Gießmaschine anschließenden Treib-
und Richtvorrichtung 9 wird der erstarrte Gießstrang 16 mittels zweier angetriebener
Rollensätze 20 und 21 und einer dazwischen angeordneten Führungsrolle 22 gerichtet
und angetrieben. Die Rollensätze 20 und 21 bestehen jeweils aus drei Richtrollen,
die an den Kanten des im Querschnitt dreieckförmigen Gießstranges angreifen; die
Führungsrolle 22 unterstützt den Strang 16 auf der Unterseite.
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Die sich an die Treib- und Richtvorrichtung 9 anschließende Walzenstraße
10 enthält an der Eintrittsseite des Gießstranges 16 ein Dreiwalzengerüst 23, dessen
Walzen an den Kanten des im Querschnitt dreieckförmigen Gießstranges 16 angreifen.
Ihm folgt ein weiteres Dreiwalzengerüst 24, dessen Walzen gegenüber den Walzen des
Dreiwalzengerüstes 23 um 600 in Umfangsrichtung des Gießstranges versetzt sind.
Es schließen sich ein Horizontalzweiwalzengerüst 25 und ein weiteres Horizontalzweiwalzengerüst
26 an. Fig. 6 zeigt das Kalibrierungsschema der aus den vier Walzgerüsten 23 bis
26 gebildeten Umformstrecke. Danach wird der dreieckförmige Gießstrang im Dreiwalzengerüst
23 in ein unregelmäßiges Sechseck, im Dreiwalzengerüst 24 in ein regelmäßiges Sechseck,
im Zweiwalzengerüst 25 in ein Schwedenoval und im Zweiwalzengerüst 26 in ein Quadrat
übergeführt. Zwischen dem dritten und vierten Walzengerüst erfährt der Strang eine
Drehung um 900. Die Verkleinerung der Flächen beträgt im ersten Gerüst 15%, im zweiten
Gerüst 17%, im dritten Gerüst 25% und im vierten Gerüst 17%. Dies entspricht einer
Gesamtflächenabnahme von 56%. An das Zweiwalzengerüst 26 schließt sich eine Schere
27 an. Die erhaltenen Strangabschnitte werden unmittelbar einer Stabstahl- oder
Drahtstraße zugeführt und dort ohne
Zwischenerwärmung zu Stabstahl
oder Draht der gewünschten Abmessungen ausgewalzt.
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Ein Vergleich der Fig. 4 und 1 zeigt, daß bei einem dreieckförmigen
Kokillenquerschnitt, d.h. einer V-förmigen Gießnut im Kokillenrad 11 nur auf der
dem Gießband 13 zugewandten Seite ein Schrumpfspalt 18 entsteht, während bei einem
trapezförmigen Kokillenquerschnitt drei Schrumpfspalte 5 entstehen. Damit ist bei
dem dreieckförmigen Querschnitt die Wärmeabfuhr des Stranges über die wassergekühlte
Kokille - es wird nicht nur das Gießband durch die Kühlrorrichtung 19 in Fig. 3,
sondern auch das Gießrad gekühlt - durch die Kontraktion des Stranges weniger gestört
als bei einem trapezförmigen Querschnitt. Durch die gleichmäßigere Kühlung bei einem
dreieckförmigen Kokillenquerschnitt wird die Transkristallisation unterdrückt, es
kommt zur Ausbildung vieler kleiner Kristalle, d.h. einem Gefüge, das beim Biegen
und Richten des Rohstranges nicht so rißanfällig ist.
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Dies führt in Verbindung mit der Verformung im Dreiwalzengerüst an
der Eintrittsseite der Walzstraße zu einer deutlich verbesserten Knüppelqualität
am Ausgang des vierten Gerüstes 26, so daß sich diese Knüppel ohne Zwischenerwärmung
zu Stabstahl oder Draht weiterverarbeiten lassen.
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Fig. 5 zeigt in Walzrichtung gesehen das Dreiwalzengerüst 23, mit
dem der erste'Walzstich entsprechend Fig. 6b durchgeführt wird. Die drei Walzen
28 bis 30 sind so angeordnet, daß sie jeweils an den Kanten des in Fig. 6a dargestellten
Gießstranges 16 angreifen, wobei die durch Pfeile 31 bis 33 angedeuteten Druckrichtungen
durch die Schwerpunktachse 34 des Strangprofils gehen. Im vorliegenden Fall entspricht
der Querschnitt des Gießstranges 16 einem gleichseitigen Dreieck, so daß die Walzen
28
bis 30 jeweils um 1200 versetzt um den Gießstrang 16 angeordnet
sind. Entspricht der Querschnitt der Kokille nicht einem gleichseitigen Dreieck,
dann sind die Walzen nicht um 1200 gegeneinander versetzt, sondern um andere Winkel,
da die Bedingung erfüllt sein soll, daß die Druckrichtungen der Walzen durch die
Schwerpunktachse des Strangprofils gehen, Die drei Walzen 28 bis 30 können durch
Sprühdüsen 35 im Bereich des unmittelbaren Kontaktes mit dem Gießstrang 16 gekühlt
werden, so daß die Walzen thermisch höher belastbar sind als die Walzen eines Zweiwalzengerüstes,
bei denen diese Art der Kühlung nicht möglich ist. Kaliberflansche zur Ver- oder
Behinderung der Breitung des Gießstranges sind nicht vorhanden. Damit entfällt auch
der große Kaliberverschleiß der Kaliberflansche. Da von drei Richtungen über eine
große Breite auf den Werkstoff gedrückt wird, entsteht im mittleren Teil des Querschnittes
senkrecht zur Walzrichtung ein Bereich mit in Umfangsrichtung nahezu gleichen, zum
Querschnittsmittelpunkt gerichteten Druckspannungen. Im mittleren Querschnitt ergibt
sich dadurch ein für das Streckwalzen idealer Spannungszustand.
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Aus der günstigen Verteilung der Spannung im Querschnitt folgt, daß
die Breitung geringer und die Streckung größer ist als beim Zweiwalzengerüst, das
als erstes Gerüst bei der bekannten Strang-Gießwalzvorrichtung verwendet wird.
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Dem ersten Dreiwalzengerüst 23 kann ein Walzgerüst für einen Vorbereitungsstich
vorgeschaltet sein. Hierdurch können die beiden unteren scharf ausgebildeten Kanten
des dreieckförmigen Querschnitts (vergl. Fig. 4) abgeflacht oder abgerundet werden,
um für den Stich im Dreiwalzengerüst 23 definierte Angriffsflächen zu schaffen.
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Der Vorbereitungsstich wird im allgemeinen ohne Flächenreduzierung
des Querschnitts durchgeführt.
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Außerdem wird in der Regel die Strecke zwischen der Treib- und Richtvorrichtung
9 und dem ersten Dreiwalzengerüst 23 als weitere Kühl- und Ausgleichsstrecke benutzt.
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Anstelle der in Fig. 6 dargestellten Kaliberfolge kann nach dem ersten
Dreiwalzengerüst 23 auch eine andere Kaliberfolge vorgesehen werden. Zweckmäßig
ist es hierbei, vor dem Eintritt in das erste Zweiwalzengerüst einen symmetrischen
Querschnitt zu bilden, z.B. einen runden, sechskantigen oder achtkantigen Querschnitt.
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Die Formfolgen in den Zweiwalzenkalibern können sein Schwedenoval-Quadrat
entsprechend Fig. 6 oder Oval-Quadrat oder SpießkantrQuadrat.
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Es werden nun noch zwei Beispiele beschrieben, und zwar einmal unter
Verwendung der bekannten Vorrichtung und einmal unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. In beiden Fällen wurde eine Stahlschmelze mit einem Massegehalt von
etwa 0,212 C und einem Massegehalt von etwa 0,7% Mn abgegossen. Der Gießstrang wurde
auf 80 mm Vierkant ausgewalzt. Das Gießrad hatte einen Durchmesser von 3 m.
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a) Vergleichsbeispiel Der durch ein Gießrad mit trapezförmiger Nut
gebildete Gießstrang hatte die Abmessungen 110 mm/140 mm x 115 mm, d.h. die kurze
Trapezseite war 110 mm lang, die lange Trapezseite 140 mm und die Höhe des Trapezquerschnitts
betrug 115 mm. Dies entspricht einer Masse von ungefähr 113 kg/m. An das Gießrad
schloß sich eine Treib-
und Richtvorrichtung entsprechend der in
Fig. 3 mit 9 bezeichneten Vorrichtung und hieran eine Kühl- und Ausgleichsstrecke
an. Die darauffolgende Walzstrecke war eine viergerüstige Zweiwalzen-Kontistrecke
in Vertikal-Horizontalanordnung. Die Gießgeschwindigkeit betrug 4,2 m/min, die Gießzeit
für eine 48-Tonnen-Schmelze 100 min. Es wurden insgesamt 23 Sequenz-Abgüsse vorgenommen,
bis es zu einer Störung wegen eines Strangdurchbruchs an einer Kante der langen
Trapezseite kam. Bei den anschließenden, an den kalten Strängen durchgeführten Qualitätsuntersuchungen
wurden Porositäten und Kantenbrüche und bei einem Teil der Stränge Schalen auf der
Oberfläche festgestellt. Die Porositäten und Kantenbrüche konnten eindeutig der
kurzen Trapezseite des Strangquerschnittes zugeordnet werden. Die Schalen waren
eine Folge der Bandrisse und des großen Kaliberverschleißes an den Flanschen des
im ersten Vertikalgerüst eingeschnittenen Kastenkalibers.
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Durch eine anschließende mechanische Fehlerbeseitigung der Kantenrisse
und Schalen konnten die Knüppel zu Stabstahl von 16 mm Durchmesser ausgewalzt werden.
Durch die höhere Gesamtverformungwurdendie porösen Stellen verschweißt.
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b) Versuchsdurchführung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Es wurde
die anhand von Fig. 3 beschriebene Vorrichtung eingesetzt, wobei sich ebenfalls
an die Treib- und Richtvorrichtung 9 eine Kühl- und Ausgleichsstrecke anschloß.
Die Gießnut des Gießrades hatte einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen Dreiecks
mit der Seitenlänge 182 mm. Die Gießgeschwindigkeit betrug 8 m/min. Sie wurde unverändert
bei 25 Sequenzgüssen beibehalten. Die
Querschnittsreduzierung in
den Dreiwalzengerüsten 23 und 24 betrug 15% und 17% und in den Zweiwalzengerüsten
25 und 26 war sie 25% bzw. 17%.
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Alle 25 Schmelzen konnten ohne Strangdurchbruch verarbeitet werden.
Die Qualitätsuntersuchungen am kalten Strang zeigten eine deutlich verbesserte Knüppelqualität
aufgrund der besseren Abkühlungs- und Erstarrungsbedingungen. Nur vereinzelt konnten
poröse Stellen festgestellt werden. Kantenbrüche und Oberflächenfehler in Form von
Schalen und Rissen waren nicht vorhanden. Eine Kontrolle der Walzen der Walzgerüste
ergab glatte und dichte Oberflächen ohne sichtbare Abnutzungserscheinungen.
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