DE4238674C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Stahl - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von StahlInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Stranggiessen von Stahl mit einem Solidus-Liquidus-In
tervall grösser als 55°C gemäss dem Oberbegriff von Pa
tentanspruch 1.
Beim Stranggiessen von Stahl in eine Durchlaufkokille er
starrt eine Strangkruste, die in einer der Kokille nachfol
genden Sprüh- oder Sekundärkühlung weiter gekühlt wird. An
schliessend an die Sekundärkühlung wird der Strang durch
Umgebungsluft bis auf Raumtemperatur weiter gekühlt oder
nach einem Temperaturausgleich und/oder einer Nacherwär
mung einem Walzwerk zugeführt. Bei Stählen mit höheren
Kohlenstoffgehalten ab ca. 0,45% steigt das Solidus-Liqui
dus-Intervall stark an. Beträgt dieses Intervall 55°C
und mehr, so treten beim Stranggiessen, insbesondere beim
Stranggiessen in Strangquerschnitte kleiner als 300 mm ×
300 mm, unerwünschte Kohlenstoffseigerungen und Porositä
ten (Kernlunker) entlang der Mittelachse des Stranges auf.
Solche unerwünschte Seigerungen führen nach dem Auswalzen
zu Gefügefehlern, wie Martensitinseln, grobkörnigen Karbi
den oder zu Korngrenzenzementit. Bei Stählen für die Her
stellung von Kugellagern und bei hochgekohlten Seildrahtgü
ten werden solche Gefügefehler nicht toleriert. Kugellager
stähle werden deshalb in der Regel in grössere Giessforma
te gegossen und einem hohen Verformungsgrad unterworfen,
sowie, wenn notwendig, durch entsprechende Diffusionsglüh
ungen homogenisiert.
Aus JP-OS 1-178 356 ist ein Verfahren zum Stranggiessen
mit reduzierter Zentrumsseigerung bekannt. Es wird eine
Ueberhitzungstemperatur des Stahles von 50-100°C vorge
schlagen. Die Ausziehgeschwindigkeit soll etwa 0,4 m/Min.
betragen und der Strang soll im Bereich der Sumpfspitze
einer geringen Verwalzung unterzogen werden. Dieses Verfah
ren bedingt teure Stranggiessanlagen und ist im weiteren
wegen der niedrigen Strangausziehgeschwindigkeit nur für
grosse Strangquerschnitte anwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stähle mit einem
Solidus-Liquidus-Intervall grösser als 55°C in Strang
querschnitte kleiner als 300 mm × 300 mm zu giessen und
dabei Seigerungen, insbesondere Kohlenstoffseigerungen,
Hohlstellen und/oder Innenrisse im Zentrumsbereich des
Stranges zu vermeiden. Das Stranggussmaterial soll nach
dem Auswalzen keine durch Kohlenstoffseigerungen bedingte
Gefügefehler wie Martensitinseln, grobkörnige Karbide oder
Korngrenzenzementit aufweisen, die die Eigenschaften wäh
rend der nachfolgenden Verarbeitungsschritte bzw. des
fertigen Produktes negativ beeinflussen. Auch sollen kost
spielige Korrekturmassnahmen wie mechanische Verformung
der Sumpfspitze, Diffusionsglühungen des Stranges etc.
vermieden werden.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe
der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, Stäh
le mit hohen C-Gehalten wie Kugellagerstahl etc., in Knüp
pelquerschnitte zu giessen und die Erstarrungsverhältnisse
im Zentrum des Stranges wirksam zu beeinflussen. Die
gleichzeitig genau definierten und kontrollierten Abküh
lungsgeschwindigkeiten an der Strangoberfläche und im
Strangzentrum ermöglichen es, Innenrisse und Seigerungen
zu vermeiden und eine verbesserte Stahlqualität zu errei
chen, die den Ansprüchen für die Kugellagerherstellung und
zum Ziehen von hochgekohlten Drahtgüten (z. B. Seildraht,
vorgespannter Betonstahldraht, Reifeneinlegedraht etc.)
genügen.
Je nach der Grösse des Strangquerschnittes wird die Länge
der aktiven Sekundärkühlzone und die Kühlintensität be
stimmt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorteil
haft, wenn die Giessparameter derart aufeinander abge
stimmt werden, dass der Liquidustemperaturpunkt im Zentrum
des Stranges nach dem Ende der Sprühkühlung in einem Strec
kenbereich liegt, in welchem sich die Oberfläche des Stran
ges bei Luftkühlung wiedererwärmt. Zusätzliche Vorteile
können erreicht werden, wenn der Liquidustemperaturpunkt
mit der maximalen Wiedererwärmung der Oberflächentempera
tur bei Luftkühlung zusammenfällt oder wenn die Oberflä
chentemperaturkurve wieder abzufallen beginnt.
Ein zusätzlicher positiver Kombinationseffekt kann er
reicht werden, wenn in oder anschliessend an die Kokille
und/oder im Bereich zwischen dem Liquidus- und dem Solidus
temperaturpunkt der flüssige Sumpf im Strang elektromagne
tisch gerührt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet
sich durch die Summe der Merkmale gemäss Anspruch 5 aus.
Ein rasches Erfassen von Aenderungen der Giessparameter,
insbesondere Aenderungen der Temperatur und der Stahlzusam
mensetzung im Zwischengefäss bei Pfannenwechsel während
des Sequenzgiessens sind von besonderem Interesse. Gemäss
einem Ausführungsbeispiel wird empfohlen, dass jede Tempe
ratur- und Analysenveränderung des Stahles im Zwischen
gefäss dem Rechner zugeführt wird und dieser die erforder
lichen Giessparameter errechnet und anzeigt bzw. einstellt.
Im nachfolgenden sollen das Verfahren und die Vorrichtung
anhand von Beispielen weiter erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaubild der Strangtemperatur in Abhän
gigkeit der gegossenen Stranglänge und
Fig. 2 ein Schema für die Rechnersteuerung
Im Schaubild in Fig. 1 ist auf der Vertikalen die Strang
temperatur in °C im Zentrum und an der Oberfläche und
horizontal die Länge des gegossenen Stranges in m aufgetra
gen. Am linken Bildrand ist die Badspiegeltemperatur 9 und
am rechten Bildrand die Ausfördertemperatur 18 des Stran
ges aufgetragen. Die obere Kurve 10 stellt die Tmperatur
entlang der Zentrumslinie und die untere Kurve 11 diejeni
ge entlang der Oberfläche des gegossenen Stranges dar.
In einem ersten Bereich 2 ist die Abkühlung innerhalb der
Kokille, in den Bereichen 3-6 in den verschiedenen Zonen
der Sekundärkühlung dargestellt. Im Bereich 7 ist eine
trockene Kühlung durch die Umgebungsluft vorgesehen. Die
Strangoberfläche erwärmt sich dabei bis zu einem Punkt 7'
durch die aus dem Zentrum des Stranges nachfliessende
Wärme. Im Bereich 8 sinkt die Temperatur der Strangoberflä
che relativ langsam ab, wenn, wie im Beispiel, der Strang
nur an der Luft weiter abkühlt. Je nach den gegebenen und
gewählten Giessparametern kann es aber erforderlich sein,
dass in den Bereichen 7 und 8 zur Steuerung der Lage des
Punktes 7' mit der höchsten Wiedererwärmungstemperatur
eine Sprühwasser-, Luftwasser- oder Luftzwangskühlung
zuschaltbar ist.
Die obere Kurve 10 zeigt im wesentlichen drei Bereiche. In
einem Bereich 12 liegt die Temperatur im Zentrum des Stran
ges oberhalb Liquidus. 13 zeigt den Liquidustemperatur
punkt. Im Bereich 14 liegt die Temperatur zwischen dem
Liquidus- und dem Solidustemperaturpunkt, der mit 15 be
zeichnet ist. Im Bereich 16 ist der Strang auch im Zentrum
durcherstarrt.
Bei Beginn des Stranggiessens oder bei einem Pfannenwech
sel bei Sequenzguss sind Stahlzusammensetzung und Ueberhit
zungstemperatur im Zwischengefäss sowie Giessformat be
kannt. Aus diesen Grunddaten kann ein Rechner die erforder
liche Giessgeschwindigkeit, die Länge und Intensität der
Sekundärkühlung bestimmen. Im weiteren wird örtlich die
Kühlstrecke 14 festgelegt, die durch Liquidus- und Solidus
temperaturpunkt 13 bzw. 15 begrenzt sind. Entlang dieser
Kühlstrecke 14 wird durch exakte Steuerung der Strangküh
lung das Verhältnis der Abkühlungsgeschwindigkeit der
Oberflächentemperatur des Stranges zur Abkühlungsgeschwin
digkeit der Kerntemperatur im Zentrum des Stranges gleich
oder grösser als 0,4, vorzugsweise 0,45-0,5, gewählt.
Weil die Wärmeleitfähigkeit im gegossenen Stahl eine im
vorgegebenen Temperaturbereich unveränderbare Grösse ist,
muss durch eine Vielzahl von Modellrechnungen eine Wieder
erwärmungstemperatur mit der entsprechend zugehörigen
Abkühlungsgeschwindigkeit der Strangoberfläche gesucht
werden, die im vorgegebenen Verhältnis der Abkühlungsge
schwindigkeiten zwischen Strangoberfläche und Strangzen
trum liegt.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch
Einstellung der Giessparameter, insbesondere durch Einstel
lung der Ueberhitzungstemperatur in Abhängigkeit des Soli
dus-Liquidus-Intervalles, der Giessgeschwindigkeit und der
Länge und Intensität der Sekundärkühlung, der Liquidustem
peraturpunkt 13 nach dem Ende der Sprühkühlung in einen
Streckenbereich gelegt werden kann, in welchem sich die
Oberflächentemperatur des Stranges im Luftkühlungsbereich
7 wiedererwärmt hat. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Liquidustemperaturpunkt 13, wie im Schaubild, mit der
Temperatur 7' in Übereinstimmung gebracht wird und ent
lang der Kühlstrecke 14 allein durch Luftkühlung das erfin
dungsgemässe Verhältnis von etwa 0,5 erreicht wird.
- - Liquidustemperatur 13: 1450°C
- - Solidustemperatur 15 1336°C
- - dem Liquidustemperaturpunkt 13 zugeordnete Strangoberflächentemperatur 7' 1131°C
- - dem Solidustemperaturpunkt 15 zugeordnete Strangoberflächentemperatur 17 1074°C
- - Temperaturabfall auf der Kühlstrecke 14 an an der Strangoberfläche -57°C
- - Temperaturabfall auf der Kühlstrecke 14 im Strangzentrum -114°C
- - Verhältnis des Temperaturabfalles bzw.
der Abkühlungsgeschwindigkeiten
Zur Unterstützung der Qualitätsverbesserung können alle am
Anmeldetag bekannten elektromagnetischen Rührer in oder
anschliessend an die Kokille und/oder auf der Kühlstrecke
14 angeordnet werden.
Ein Schema für die Rechnersteuerung ist aus Fig. 2 entnehm
bar. Auf der linken Seite sind die Dateneingänge in den
Rechner 20 und auf der rechten Seite die nachfolgend be
zeichneten beeinflussbaren Giessparameter, die angezeigt
bzw. von Hand oder automatisch eingestellt werden.
Das Giessformat 21, die Stahlanalyse 22 und die Stahltempe
ratur 23 im Zwischengefäss werden automatisch oder von
Hand eingegeben. Das Modell für die Abkühlungsberechnung
25 ist ein Softwarepaket mit allen physikalischen und
anlagebedingten Parametern. Auf der rechten Seite sind
folgende visuelle Anzeigen bzw. Steuerungen angeschlossen:
26 Giessgeschwindigkeit
27 Länge der Sekundärkühlung
28 Intensität der Sekundärkühlung
30 Lage des Liquidustemperaturpunktes
31 Lage des Solidustemperaturpunktes
32 Abkühlungsgeschwindigkeit der Strangoberfläche zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
33 Abkühlungsgeschwindigkeit im Strangzentrum zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
34 Verhältnis zwischen 32 und 33
27 Länge der Sekundärkühlung
28 Intensität der Sekundärkühlung
30 Lage des Liquidustemperaturpunktes
31 Lage des Solidustemperaturpunktes
32 Abkühlungsgeschwindigkeit der Strangoberfläche zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
33 Abkühlungsgeschwindigkeit im Strangzentrum zwischen Liquidus- und Solidustemperaturpunkt
34 Verhältnis zwischen 32 und 33
Die Abkühlungsgeschwindigkeiten bzw. die Temperaturgradien
ten an der Strangoberfläche und im Strangzentrum können
mit vorhandenen Programmen für die Abkühlungsberechnung
mit grosser Genauigkeit berechnet werden. Wenn erwünscht,
können die gerechneten Parameter mit Messwerten der
Strangoberflächentemperatur, etc. verglichen und wenn
nötig korrigiert werden.
Claims (7)
1. Verfahren zum Stranggießen von Stahl mit einem Solidus-Liquidus-Intervall
größer als 55°C in Strangquerschnitte kleiner als 300 mm × 300 mm, wobei
der Strang nach dem Austritt aus der Stranggießkokille in einer Sekundär
kühlzone gekühlt und ausgefördert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß Gießparameter, wie Überhitzungstemperatur, Gießgeschwindigkeit,
Länge und Intensität der Sekundärkühlung, derart aufeinander abgestimmt
werden, daß entlang einer Kühlstrecke (14), begrenzt einerseits durch den
Liquidus- und andererseits durch den Solidustemperaturpunkt (13 bzw. 15)
im Zentrum des Stranges, das Verhältnis zwischen der Abkühlungsge
schwindigkeit der Oberflächentemperatur des Stranges und der Abküh
lungsgeschwindigkeit der Kerntemperatur im Zentrum des Stranges gleich
oder größer als 0,4 gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Verhältnis zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit der Oberflä
chentemperatur des Stranges und der Abkühlungsgeschwindigkeit der
Kerntemperatur im Zentrum des Stranges 0,45 bis 0,5 gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießparameter derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Li
quidustemperaturpunkt (13) im Zentrum des Stranges nach dem Ende der
Sprühkühlung in einem Streckenbereich liegt, in welchem sich die Oberflä
che des Stranges bei Luftkühlung wiedererwärmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießparameter derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Li
quidustemperaturpunkt (13) im Zentrum des Stranges nach dem Ende der
Sprühkühlung in einem Streckenbereich liegt, in welchem die Oberfläche
des Stranges die maximale Wiedererwärmungstemperatur (7') bei Luftküh
lung erreicht hat oder wieder abzufallen beginnt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in oder anschließend an die Kokille und/oder im Bereich zwischen dem
Liquidus- und Solidustemperaturpunkt der flüssige Sumpf im Strang elek
tromagnetisch gerührt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Sensoren und Eingabestellen für die Gießparameter mit einem Rech
ner (20) verbunden sind und das Rechenprogramm das Verhältnis der Ab
kühlungsgeschwindigkeit zwischen der Strangoberfläche und dem Strang
zentrum entlang der definierten Kühlstrecke (14) errechnet und anzeigt
bzw. einstellt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Temperatur- und Analysenveränderung des Stahles im Zwischen
gefäß dem Rechner (20) zugeführt wird und dieser die erforderlichen Gieß
parameter (26 bis 34) errechnet und anzeigt bzw. einstellt.
Applications Claiming Priority (1)
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CH350491A CH684936A5 (de) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Stahl. |
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DE4238674A1 DE4238674A1 (en) | 1993-06-03 |
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---|---|---|---|---|
US4738301A (en) * | 1984-02-10 | 1988-04-19 | Nippon Steel Corporation | Method for mitigating solidification segregation of steel |
JPH01178356A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | Nkk Corp | 連続鋳造法 |
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Also Published As
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