DE69529513T2

DE69529513T2 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen für dünnes gussstück

Info

Publication number: DE69529513T2
Application number: DE69529513T
Authority: DE
Inventors: Takasi Kanazawa; Masakuzu Koide; Seiji Kumakura; Toshihiko Murakami; Kazuo Okamura; Hiroyasu Simizu; Isamu Takeuti; Tadao Watanabe; Akihiro Yamanaka
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: US5853043A; EP0730924A4; CN1131399A; ATE231759T1; DE69529513D1; JP3008821B2; KR960704660A; CN1048671C; JPH0890187A; KR100200935B1; EP0730924B1; EP0730924A1; WO1996004086A1

Description

Stand der Technik

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer Dünnbramme durch Reduzieren der Dicke einer Bramme mit flüssigem Kern, wobei die Bramme eine flüssige plus feste Phase aufweist, nachdem sie aus der Kokille ausgezogen wurde.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein Verfahren der vorbeschriebenen Art ist beispielsweise aus der JP 04 37456 A bekannt, das zur Herstellung einer Gießbramme von hervorragender Innenqualität und ohne Innenrisse angewandt wird. Die Gießbramme wird durch Reduzierwalzen mit einem der 2,5fachen Dicke der Gießbramme entsprechenden Durchmesser reduziert. Die Reduzierwalzen sind in zwei oder drei Stufen angeordnet. Die Walzreduzierung erfolgt unter Einstellung der Abnahme durch die Reduzierwalze im ersten Schritt auf eine Größe im Bereich von 1,5 bis 4,0% und im zweiten Schritt auf eine solche im Bereich von 2,0-4,0%. Die weitere Walzreduzierung wird unter Einstellung der Abnahme auf eine Größe im Bereich von 2,0 bis 4,5% durchgeführt.
Weiter beschreibt die Druckschrift JP 60 7575 B2 eine Vorrichtung zum Stranggießen einer dünnen Bramme mit oberen und unteren Rollensegmentrahmen, wobei der obere Rollensegmentrahmen senkrecht zur Gießrichtung bewegbar ist. Diese Vorrichtung ermöglicht eine stufenweise Reduzierung der Dünnbramme in ähnlicher Weise wie vorbeschrieben.
Beim Stranggießen von Dünnbrammen besteht bei flüssigem Stahl die Tendenz, das Tauchrohr zu erodieren bzw. zu verstopfen. Deshalb ist es schwierig, den Außendurchmesser eines Tauchrohrs über ein bestimmtes Maß hinaus zu reduzieren. Die Beschränkung für den Außendurchmesser bedingt weiterhin eine niedrigere Grenze für die Breite der Kokillen-Schmalseite, d. h. die Brammendicke. Dies gilt besonders für konventionelle Stranggießanlagen zur Herstellung von Brammen mit nahezu konstanter Dicke, bei denen nur die Erstarrungsschrumpfgrade berücksichtigt werden. Somit ist es schwierig, Dünnbrammen auf konventionellen Stranggießanlagen herzustellen.
Bei einem bekannten Verfähren zum Herstellung einer Dünnbramme durch Stranggießen wird die Dicke der Bramme durch Abwalzen reduziert, wobei eine flüssige plus feste Phase im Inneren der Bramme verbleibt.
So beschreibt zum Beispiel die Japanische Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2-20650 ein Stranggieß- und Walzverfahren, bei dem ein Gesamtabnahmeverhältnis relativ zur Brammendicke in einem Erstarrungsintervall festgelegt wird. Nach dem Verfahren dieser Entgegenhaltung wird die Dicke der Bramme um mindestens 10 % oder sogar 70% innerhalb des Erstarrungsintervalls der Bramme reduziert. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass sich die Brammenqualität verschlechtert und insbesondere Innenrisse in der Bramme entstehen, wenn nicht jeder Reduzierwalze der richtige Abnahmegrad zugeteilt wird.
Die Bildung von Innenrissen in der Bramme wird weitgehend von einer der Bramme beaufschlagten Zugbeanspruchung (nachfolgend kurz als Beanspruchung bezeichnet) gefördert. Diese Zubeanspruchung beinhaltet Beanspruchungen, die durch Reduzieren von Ausbauchungen durch den Einsatz von Tragrollen, Biegung, Rückbiegung, Verschiebung, Wärmespannungen sowie Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern verursacht werden. Alle diese Beanspruchungen sind unter dem Sammelbegriff "Innenbeanspruchungen" zusammengefasst.
Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens stellen in Verbindung mit einem in der Japanischen Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 3-174962 offenbarten Verfahren zum Stranggießen von Stahl fest, dass Innenrisse einer Bramme dann entstehen, wenn eine maximale Größe akkumulierter Beanspruchungen eine kritische Beanspruchung je nach Stahlart überschreitet. Diese kumulative Beanspruchung ergibt sich aus der Vorgeschichte der vorgenannten Beanspruchungen, hierbei ausgenommen die durch Reduzieren bei flüssigem Kern verursachte Beanspruchung. Weiter stellten die Erfinder fest, dass der Kumulativbereich für jede Beanspruchung dem Temperaturbereich zwischen einer Nullfestigkeitstemperatur (ZST die Temperatur, bei der eine Beanspruchung aufgrund von der Bramme beaufschlagter Spannung im Erstarrungsprozess des Strangs in Erscheinung zu treten beginnt) und einer Nullbildsamkeitstemperatur (ZDT) entspricht und dass die ZST und die ZDT in etwa den Festfraktionen 0,8 bzw. 0,99 entsprechen.
Als Verfahren zur Dickenreduzierung einer Bramme mit flüssigem Kern in einer Stranggießmaschine mit Bogensegment wären zu nennen (a) ein mit einem Walzenpaar arbeitendes Verfähren, (b) ein mit mehreren Walzenpaaren arbeitendes Verfahren, (c) ein mit verbundenen Segmentrahmen arbeitendes Verfahren und (d) ein mit einem einzigen Segmentrahmen arbeitendes Verfahren.

(a) Mit einem Walzenpaar arbeitendes Verfahren:

Dieses Verfahren bedient sich eines einzelnen Reduzierwalzenpaares (Walzwerks) bzw. einer Schmiedeeinrichtung unmittelbar hinter dem Auslass einer Kokille oder in einem horizontalen Bereich der Gießmaschine hinter dem Abschnitt für das Rückbiegen des Strangs. Siehe beispielsweise die Japanischen Offenlegungsschriften (kokai) Nr. 63-60051 und 3-124352.
Bei diesem Verfahren sind jedoch die folgenden Probleme gegeben: ist die Abnahme groß und der Abnahmegrad (bzw. das Abnahmegefälle) festliegend, so nehmen der Durchmesser der Reduzierwalze, die Druckhöhe und die Reduktionskraft sämtlichst zu, wodurch sich eine beträchtliche Belastung für die Reduziereinrichtung ergibt. Andererseits wird bei gewissen Beschränkungen des Walzendurchmessers und der Druckhöhe der Abnahmegrad größer, so dass die Bildung von Innenrissen in der Bramme wahrscheinlicher wird. Auch ist zu beachten, dass das primäre Ziel dieses Verfahrens die Verbesserung der Qualität im Inneren der Bramme durch Weichreduzieren in der Nähe des Sumpfendes ist.

(b) Mit mehreren Walzenpaaren arbeitendes Verfahren:

Bei diesem Verfahren sind die beim Verfahren (a) gegebenen Probleme dadurch gelöst, dass jedes Walzenpaar im Bogensegment mit einem ölhydraulischen Zylinder versehen ist. Die Zylinder werden unabhängig voneinander nach oben und unten gefahren. Bei diesem Verfahren wird auch eine verlängerte Reduktionszone erzielt. Siehe beispielsweise die Japanische Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2-52159.
Da dieses Verfahren die senkrechte Anstellung einer jeden Reduzierwalze in Abhängigkeit Von kontinuierlichen Veränderungen der Brammendicke vom Gießbeginn bis zur Reduzierung ermöglicht, wird Änderungen in den Reduktionsmustern bzw. Reduktionszonen ordnungsgemäß entsprochen. Auch kann durch Beginn der Abnahme in einem Bogensegment, in dem die Bramme eine nur geringe Erstarrungsdicke aufweist, die Reduktionskraft niedriger gehalten werden.
Bei diesem Verfahren ist jedoch eine große Zahl von Walzenpaaren erforderlich und ist die Steuerung des Abnahmegrads in Richtung der Brammendicke kompliziert. Weiter sind enorm große Anlagen erforderlich, was nicht wünschenswert ist.

(c) Mit verbundenen Segmentrahmen arbeitendes Verfahren:

In dem Versuch, die vorgeschilderten Probleme auszuschalten, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in dem eine Anzahl oberer Rollensegmentrahmen miteinander verbunden sind und nach oben und unten bewegt werden.
Fig. 1 ist eine Schematische Seitenansicht, die ein Beispiel für dieses Verfahren zeigt. Wie ersichtlich, ist ein Ende (an dem die Reduzierung beginnt) eines oberen Rollensegmentrahmens 12-1 über einen Fixierstift 14 drehbar am Rahmen 13 angeschlossen. Der obere Rollensegmentrahmen 12-1 und ein stromabwärts des Rahmens 12-1 befindlicher weiterer Rollensegmentrahmen 12-2 sind mittels eines Verbindungsstifts 16 drehbar miteinander verbunden. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen unteren Rollensegmentrahmen mit unteren Reduzierwalzen 5, die Bezugsziffer 1a eine Bramme mit flüssigem Kern und die Bezugsziffer 10 eine Dünnbramme.
Die über den Verbindungsstift 16 miteinander verbundenen Abschnitte werden mit Hilfe einer Hubeinrichtung 15 (Reduzierzylinder oder Reduzierschneckenhebers) nach unten gefahren, um die Dicke der Bramme 1a mit flüssigem Kern zwischen den oberen und unteren Walzengruppen 5 und 5' zu reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Laufebene für das Reduzieren des Strangs zwischen der unteren Walzengruppe 5' auf dem unteren Rollensegmentrahmen 18 und dem oberen Rollensegmentrahmen 12-1 eingestellt, indem der Letztere um den Fixierstift 14 gedreht wird. Mit diesem Verfahren wird nicht nur eine wesentliche Verringerung der Anzahl der Hubeinrichtungen 15 erreicht, sondern auch ein einfacher Betrieb gewährleistet.
Wenngleich dieses Verfahren mit dem Einsatz verbundener Segmentrahmen dahingehend wirkt, dass die Differenzen in den Abnamegraden in den verschiedenen Segmenten geglättet werden, kann es dennoch nicht das folgende Problem ausschalten, das der verbundenen Anordnung bei hohen Abnahmegraden zueigen ist:
Sind die oberen und unteren Reduzierwalzen so angeordnet, dass jede obere Walze in einer imaginären Laufebene, in der keine Reduzierung stattfindet (d. h. einer Laufebene mit konstantem Spalt, in welcher die Brammendicke vom Kokillenaustritt bis zum Ende der Gießmaschine konstant ist), der jeweils unteren Walze direkt gegenüberliegend angeordnet ist, so besteht ein zu großer Abstand zwischen der am stromaufwärtsseitigen Ende im oberen Rollensegmentrahmen angeordneten und die Endreduzierung bewirkenden oberen Reduzierwalze und der stromabwärts und neben dieser angeordneten Walze.
Fig. 2 ist eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene, welche dieses Phänomen verdeutlicht. Wird wie aus Fig. 2 ersichtlich eine Bramme 1a mit flüssigem Kern einer Reduzierung zwischen oberen und unteren Walzengruppen in einer solchen Anordnung, dass jede Walze einer anderen auf einer Vorreduktions-Laufebene 39 gegenüberliegt, sowie mit Hydraulikzylindern 4 und oberen Rollensegmentrahmen 12 (12-1 bis 12-3) unterzogen, so wird der Abstand L&sub1; zwischen der am stromaufwärtsseitigen Ende im oberen Rollensegmentrahmen 12-3 angeordneten und die Endabnahme bewirkenden oberen Reduzierwalze 5 und der stromabwärtsseitig neben dieser angeordneten Walze 17 auf L&sub2; vergrößert.
Sind andererseits die oberen und unteren Walzen einander gegenüberliegend auf einer das Reduktionsprofil repräsentierenden konischen Laufebene angeordnet, so stört die am vorderen Ende im oberen Segmentrahmen angeordnete und die Endabnahme bewirkende obere. Reduzierwalze die stromabwärts neben dieser angeordnete Rolle.
Fig. 3 ist eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene, aus welcher das vorbeschriebene Phänomen hervorgeht. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stört unter Bedingungen, wo die oberen und unteren Walzengruppen so angeordnet sind, dass jede Walze einer anderen auf einer konischen Laufebene 5 befindlichen Walze gegenüberliegt, die am vorderen Ende im Rollensegmentrahmen 12-3 angeordnete und die Endabnahme bewirkende obere Walze 5 die stromabwärts neben dieser angeordnete Walze 17. Damit lässt sich der zur Sicherung von L&sub2; erforderliche Abstand L&sub1; nicht beistellen.
Um ein Absenken der oberen Rollensegmentrahmen auf der Stromaufwärtsseite zu ermöglichen, muss gleichzeitig auch der benachbarte obere Rollensegmentrahmen auf der Stromabwärtsseite nach unten fahren. Damit kann die Reduzierung erst beginnen, nachdem eine Bramme mit der Dicke der erstarrten Schale, die den Beginn der Abnahme durch den oberen Rollensegmentrahmen 12-3 (auf der distalen Stromabwärtsseite) gestattet, das vordere Ende des oberen Rollensegmentrahmens 12-3, d. h. die gesamte Reduktionszone, passiert hat. Dies bedeutet, dass der unregelmäßige Bereich verlängert und damit das Ausbringen reduziert wird. Besonders unmittelbar nach dem Beginn des Reduziervorgngs ist die Bramme nicht über die gesamte Reduktionszone hinweg starr. Dadurch können die oberen Rollensegmentrahmen auf die zum Zeitpunkt der Abnahme erwartete Laufebene fallen, so dass flüssiger Stahl herausspritzen kann. Dies ist gefährlich, da der flüssige Stahl aus dem oberen Teil der Kokille herauslaufen kann. In einer Stranggießmaschine werden die. Abstände zwischen den Reduzierwalzen klein gehalten, um Ausbauchungen zu verhindern. Deshalb wird der den oberen Rollensegmentrahmen 12-1 auf der Stromaufwärtsseite verbindende Fixierstift 14 oft auf der Stromabwärtsseite der ersten Reduzierwalze 5 im oberen Rollensegmentrahmen 12-1 auf der distalen Stromaufwärtsseite angeordnet. In diesem Falle wird durch die Reduzierung über den oberen Rollensegmentrahmen 12-1 auf der Stromaufwärtsseite beim Drehen des oberen Rollensegmentrahmens 12-1 die obere Reduzierwalze 5 auf der Stromaufwärtsseite des Fixierstifts 14 angehoben. Siehe Bezugsziffer 41 in Fig. 2 und Fig. 3.
Da wie vorbeschrieben die Startposition für den Reduziervorgang festliegt und die oberen Rollensegmente 12 miteinander verbunden sind, ist die Position der oberen und unteren Reduzierwalzengruppen 5 und 5' für jeden Abnahmegrad und jedes Reduktionsmuster vorgegeben.
Deshalb muss die gesamte Gießmaschine zum Ändern der Position der oberen und unteren Reduzierwalzengruppen 5 und 5' stillgesetzt werden, wenn die Abnahmegrade bzw. Reduktionsmuster geändert werden sollen. Weiter muss bei einer Veränderung der Brammendicke als Ergebnis eines Kolkillenwechsels der Abstand zwischen einem der oberen Rollensegmentrahmen 12 und dem diesem gegenüberliegenden unteren Rollensegmentrahmen 18 bei jedem Kokillenwechsel neu eingestellt werden.

(d) Mit einem einzigen Segmentrahmen arbeitendes Verfahren:

Es ist dies ein Verfahren, bei dem eine konische Laufebene durch Verwendung nur eines einzigen Segementrahmens bereitgestellt wird, siehe beispielsweise die Japanische Gebrauchsmusteranmeldungen (kokai) Nr. 64-15467 und 64-49350).
Dieses Verfahren wurde entwickelt in dem Bestreben, die Innenqualität von Gießsträngen zu verbessern. Nach diesem Verfahren wird eine Weichreduzierung von bis zu 0,5-2,0 mm/m primär in der Enderstarrungsphase eines Strangs bewirkt. Damit ist dieses Verfahren nicht frei von den nachstehend beschriebenen Problemen, und ganz besonders nicht in solchen Fällen, wo große Abnahmen erreicht werden sollen.
Bei der in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung (kokai) Nr. 64-15467 beschriebenen Reduziereinrichtung wird die Steuerung der Laufebene während des Reduziervorgangs durch Positionsverstellung von vier Reduzierzylindern (je zwei für die Ein- und Austragseite) vorgenommen, die für jeden Segmentrahmen angeordnet sind. Mit der Änderung der Brammentemperatur sowie der Dicke der erstarrtem Brammenschale ändert sich auch die Reduktionskraft, wodurch eine Änderung der Laufebene verursacht wird. Als Ergebnis schwankt auch die Dicke der resultierende Produkte. Weiter ist auch die Genauigkeit eines Verdrängungsdetektors für die Zylinder als ein Faktor anzusehen, der Unterschiede in der Produktdicke verursachen kann.
Da mechanische Spalte sowie Verschleiß in den Verbindungsbereichen von Kolbenstangen und Zapfen der vorwähnten Reduzierzylinder zu einer Fehlfluchtung der Reduzierwalzen führen, müssen diese Bereiche eine hohe Genauigkeit sowie hervorragende Verschleißeigenschaften aufweisen.
Bei der in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung (kokai) Nr. 64-49350 beschriebenen Reduziereinrichtung muss der Drehmittelpunkt eines oberen Rollensegmentrahmens mit der Mittelachse der kugelballigen Unterlegscheibe am oberen Ende eines Säulendistanzstücks sowie auch der Kugelbuchse einer die Gießrichtung bestimmenden Führung zusammenfallen. Ist dies nicht der Fall, so werden die kugelballige Unterlegscheibe und Buchse einem abnormalen Verschleiß ausgesetzt mit dem Risiko, dass während des Reduziervorgangs eine falsche Laufebene vorhanden ist.
Bei hohen Abnahmegraden wird ein großer Spalt zwischen einem Säulendistanzstück und einem oberen Rollensegmentrahmen sowie zwischen dem Verbindungsbereich von Reduzierklammern und des von einem oberen Rollensegment durchstoßenen Teils eines Zylinderauflagers benötigt. Deshalb wird die Anlage groß.
Beim normalen Gießen und beim Reduzieren wird die Laufebene durch Schraubenabstandsstücke bestimmt. So muss also zu Beginn des Reduziervorgangs die Anpresskraft nach dem Niederbringen der Schraubenabstandsstücke verändert werden. Bis zum Erreichen der jeweiligen Laufebene nimmt dieser Vorgang längere Zeit in Anspruch. Im Ergebnis wird die Länge eines in der Übergangsphase befindlichen Strangs, während welcher der Strang auf eine Solldicke reduziert wird, größer, wodurch eine konische Bramme von ungleichmäßger Dicke und ein schlechteres Ausbringen verursacht werden.
Wie dies vorstehend bereits ausgeführt wurde, sind zwar die in den genannten Druckschriften offenbarten Reduziereinrichtungen für eine konische Reduzierung in einem horizontalen Bereich, d. h. in der Enderstarrungsphase eines Strangs, geeignet, jedoch nicht für die Dimensionierung eines Strangs, bei der eine Bramme mit flüssigem Kern im Bogensegement mit einer hohen Reduktionskraft beaufschlagt wird.
Das in der Japanischen Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 3-174962 beschriebene Verfahren schließt nicht ein, dass während des Reduzierens einer Bramme mit flüssigem Kern das Entstehen von Innenrissen verhindert wird. Aus diesem Grunde sind beim Stranggießen einer Dünnbramme durch Abwalzen eines Strangs mit flüssigem Kern zum Zwecke seiner Dickenreduzierung keinerlei Maßnahmen getroffen, um die maximal akkumulierte Beanspruchung zwischen der Nullfestigkeitstemperatur (ZST) und der Nullbildsamkeitstemperatur (ZDT) auf bzw. unter eine kritische Beanspruchung zu bringen.
Zur Verbesserung der Produktivität ist eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit (2,5 bis 6 m/Min) wünschenswert. Beim Einsatz einer Stranggießmaschine zur Herstellung einer Dünnbramme von 70 bis 150 mm Dicke wird die Ausbauchung zwischen den Walzen mit zunehmender Gießgeschwindigkeit größer, wodurch der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung noch eine durch Verringerung des Ausbauchens durch Walzen erzeugte Beanspruchung (nachfolgend als Ausbauchbeanspruchung bezeichnet) hinzugefügt wird, wodurch sich das Risiko einer Innenrissbildung erhöht.
In einem derartigen Falle, da zu der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung eine Ausbauchbeanspruchung hinzukommt, wird die maximale Größe der Summe verschiedener Beanspruchungen erhöht und besteht die Tendenz, dass diese größer als die kritische Größe wird. Dementsprechend erhöht sich das Risiko von Innenrissen. Deshalb ist nicht nur die Verringerung der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern erzeugten Beanspruchung ein wichtiger Faktor bei der Herstellung einer Dünnbramme durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern durch Hochgeschwindigkeitsgießen, sondern auch das Unterdrücken von Ausbauchbeanspruchungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Stranggießen einer Dünnbramme ohne Innenrisse, bei dem Reduzierwalzen so gesteuert werden, dass ein geeigneter Abnahmegrad erzielt wird, die Anordnung der Walzen an hierfür geeigneten Stellen in der Stranggießmaschine erfolgt bzw. die Kühlbedingungen des Strangs optimiert werden.
Diese Aufgabe wird im Wege eines der nachfolgend beschriebenen Verfahren gelöst.
Ein erstes Verfähren zum Stranggießen einer Dünnbramme ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und ein zweites Verfahren zum Stranggießen einer Dünnbramme zur Lösung der vorbeschriebenen Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet. Eine weitere Ausführungsform dieser Verfahren ist in Anspruch 3 definiert.
Ein kennzeichnendes Merkmal der Vorrichtung besteht darin, dass bei der Ausführung eines Reduziervorgangs durch Bewegen des oberen Rollensegmentrahmens nach unten der obere Rollensegmentrahmen nicht nur geradeaus in Richtung der Brammendicke und in die zum Bogenbereich senkrechte Richtung (wie in Fig. 14 dargestellt und nachfolgend beschrieben) bewegt wird, sondern auch der stromabwärtsseitige Abschnitt des oberen Rollensegmentrahmens um die Mitte der stromaufwärtsseitigen Führungswelle drehen kann, wobei die obere Führungswelle gegen den unteren Anschlag für die stromaufwärtsseitige Führungswelle gepresst wird. Mit dieser Kontruktion wird unter Bezugnahme auf die Laufebene der Bramme vor dem Reduzieren die lagemäßige Abweichung der oberen Reduzierwalzen nach dem Reduzieren von der Laufebene der Bramme nach dem regulären Reduzieren minimiert. Auch unter Bezugnahme auf die Laufebene einer Bramme nach dem Reduzieren erfährt die lagemäßige Abweichung der oberen Reduzierwalzen vor dem Reduzieren von der Laufebene einer Bramme nach dem regulären Reduzieren eine Minimierung. Kurz gesagt beinhaltet die vorliegende Erfindung einen Reduzierwalzenblock mit Führungen, Führungswellen und Anschlägen in für den vorbeschriebenen Betrieb spezieller Anordnung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, die ein Beispiel eines mit verbundenen Segmentrahmen arbeitenden konventionellen Reduzierverfahrens zeigt;
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer miteinander verbundene Segmentrahmen aufweisenden konventionellen Reduziereinrichtung, welche die Situation darstellt, in der Spalte zwischen den Walzen vorhanden sind;
Fig. 3 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer miteinander verbundene Segmentrahmen aufweisenden konventionellen Reduziereinrichtung, welche eine weitere Situation darstellt, in der Spalte zwischen den Walzen gebildet sind;
Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer mit einer Anzahl von Reduzierwalzenpaaren versehenen Stranggießmaschine, auf die das erste oder dritte erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist;
Fig. 5 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der beim Einsatz einer konventionellen Stranggießmaschine (in der eine Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern nicht erfolgt) erzeugten Innenbeanspruchung und dem Abstand vom Meniskus ersichtlich und die akkumulierten Beanspruchungen nicht berücksichtigt sind;
Fig. 6 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der Dicke einer erstarrten Schale entsprechend der Nullfestigkeitstemperatur (ZST) [Festfraktion 0,8] und der Nullbildsamkeitstemperatur (ZDT) [Festfraktion 0,99] und dem Abstand vom Meniskus im Falle einer Bramme von 100 mm Dicke ersichtlich ist;
Fig. 7 das Verhältnis zwischen der einer beim Einsatz einer konventionellen Gießmaschine (in der eine Strangreduzierung nicht stattfindet) erzeugten Innenbeanspruchung zugeordnet aufgelaufenen Beanspruchung und dem Abstand vom Meniskus;
Fig. 8 das Verhältnis zwischen der Innenbeanspruchung mit der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern erzeugten Beanspruchung, der gesamt akkumulierten Beanspruchungen und dem Abstand vom Meniskus;
Fig. 9 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer mit einer Anzahl von Reduzierwalzenblockpaaren versehenen Stranggießmaschine, auf welche das zweite oder dritte erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist und die Reduzierung von jedem Blockpaar durchgeführt werden kann;
Fig. 10(a) bis Fig. 10(c) das Verhältnis zwischen der maximalen Größe der akkumulierten Ausbauchbeanspruchungen einer Dünnbramme, dem spezifischen Wasserverhältnis der Sekundärkühlung und der Walzenteilung;
Fig. 11 eine schematische Längsschnittansicht, aus dem der generelle Aufbau eines in einer ersten Dünnbrammen-Stranggießmaschine eingesetzten Reduzierblocks ersichtlich ist;
Fig. 12 eine schematische fragmentarische Ansicht aus einem Längsschnitt einer Stranggießmaschine mit Bogensegment und wenigstens einem Reduzierblock für das Bogensegment;
Fig. 13 eine schematische Längsschnittansicht zur Erläuterung der Reduzierung einer Bramme mit flüssigem Kern;
Fig. 14 eine schematische Längsschnittansicht zur Erläuterung die Reduzierung einer Bramme mit flüssigem Kern in dem Falle, wo die Führungswellen eines oberen Rollensegmentrahmens auf der Stromauf- und der Stromabwärtsseite über oberen Reduzierwalzengruppen angeordnet sind und die Gießrichtung parallel zu der zum Bogen- oder Krümmungsabschnitt vertikalen Richtung ist;
Fig. 15(a) eine schematische Teilansicht aus einem Längsschnitt, welche die stromaufwärtsseitige Vorderansicht eines in einer zweiten Maschine eingesetzten Reduzierwalzenblockszeigt und Fig. 15(b) eine schematische teilweise Längsschnittansicht, welche die stromabwärtsseitige Vorderansicht eines in einer zweiten Maschine eingesetzten Reduzierwalzenblocks darstellt;
Fig. 16 eine teilweise Längsschnittansicht, welche die Seitenansicht eines in einer zweiten Maschine eingesetzten Reduzierwalzenblocks sowie den Aufbau eines Steuersystems zeigt;
Fig. 17 eine Darstellung der Situation, in welcher der Einsatz der ersten und zweiten Maschine den Abstand zwischen der am vorderen Ende des die Endabnahme bewirkenden Walzenblocks angeordneten Walze und der stromabwärts von und neben dieser angeordneten Walze verbessert;
Fig. 18 eine Tabelle, aus welcher die chemische Zusammensetzung eines in den Beispielen benutzten Stahls und die kritische Beanspruchung desselben hervorgehen;
Fig. 19 eine Tabelle, welche die Reduzierbedingungen im Versuch 1 und das Auftreten von Innenrissen aufzeigt;
Fig. 20 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchung, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung im Versuch 1 ersichtlich ist;
Fig. 21 eine Tabelle, welche die Reduzierbedingungen im Versuch 2 und das Auftreten von Innenrissen aufzeigt;
Fig. 22 ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchungen, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung im Versuch 2 wiedergibt;
Fig. 23 eine Tabelle, aus welche die Reduzierbedingungen im Versuch 3 und das Auftreten von Innenrissen hervorgeht;
Fig. 24 ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchungen, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung im Versuch 3 wiedergibt;
Fig. 25 ein Diagramm, das die Abweichung der Brammenlaufebene von der Laufebene vor dem Reduzieren in dem Falle aufzeigt, wo die oberen Reduzierwalzen so positioniert waren, dass die den unteren Reduzierwalzen in der Laufebene während der Reduzierung im Versuch 5 direkt gegenüberlagen; und
Fig. 26(a) bis Fig. 26(d) Diagramme einer Anzahl unterschiedlicher Stranggießverfahren, die auf den hier dargestellten Maschinen gefahren werden können.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Wie vorstehend bereits ausgeführt, sind beim Stranggießen in einer Bramme verursachte Innenrisse auf Innenbeanspruchungen zurückzuführen, die am erstarrenden vorderen Ende der Bramme erzeugt werden. Primär sind solche Faktoren wie das Ausbauchen zwischen den Walzen aufgrund des statischen Drucks einer Schmelze; Biegen und Rückbiegen durch Walzen beim Ausziehen einer Bramme; Schieflage von Stütz-, Biege- und Rückbiegerollen; thermische Spannungen; und die Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern für das Entstehen von Innenrissen verantwortlich.
Fig. 4 ist eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer Stranggießmaschine mit mehreren Reduzierwalzenpaaren. Diese Maschine ist als Beispiel für die Anwendung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Unterdrücken von Beanspruchungen gewählt, die durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern entstehen. Bei der Anlage nach Fig. 4 handelt es sich um eine Vertikalbögen-Stranggießmaschine (VB-Maschine). Das erste erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine Gießmaschine in S-Ausführung (Bogenausführung) oder eine Vertikal-Gießmaschine anwendbar.
Eine Reduktionszone 9 besteht aus einer Anzahl von Reduzierwalzenpaaren 5&sub1; bis 5&sub1;&sub5;, die jeweils mit einem ölyhydraulischen Zylinder 4 verbunden sind, so dass sie die Reduzierung in voneinander unabhängiger Art und Weise vorzunehmen in der Lage sind. Die Lage der Reduktionszone 9 bzw. der Reduzierwalzenpaare 5 ist keiner besonderen Einschränkung unterworfen, soweit sich diese zwischen einer direkt unterhalb der Kokille 2 befindlichen Stelle und dem Punkt des vollständigen Erstarrens befindet. Vorzugsweise sollte aber eine Stelle zwischen einer Biegezone 7 und einer Rückbiegezone 8 gewählt werden, wie dies die Fig. 4 zeigt.
Nach dem Abgießen in die Kokille 2 findet bei Abkühlung durch Sekundärsprühkühlungsgruppen (nicht dargestellt), in der Sekundärkühlungszone 9' eine allmähliche Erstarrung des flüssigen Stahls 1 zu einer Bramme 1a mit einem flüssigen Kern statt. Die Bramme wird von Tragrollen 3 abgestützt kontinuierlich ausgezogen.
Bei Einsatz einer Maschine wie in Fig. 4 dargestellt zur Herstellung einer Dünnbramme 10 würde zu den Innenrisse verursachenden vorgenannten Faktoren noch das Risiko des Entstehens von Beanspruchung durch Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern an dem in der Erstarrung befindlichen vorderen Ende hinzukommen, wenn die Dicke der Bramme 1a mit flüssigem Kern mit einer flüssigen plus festen Phase unter Einsatz der Reduzierwalzengruppen 5, die von den ölhydraulischen Zylindern 4 vorgeschoben und zurückgezogen werden, reduziert wird. Das Ergebnis ist, dass Innenrisse häufig in einer durch einfaches Reduzieren mittels der Reduzierwalzengruppen 5 hergestellten Dünnbramme 10 auftreten.
Die Erfinder des hier beschriebenen Verfahrens konnten feststellen, dass die Entstehung von Innenrissen in einer Bramme verhindert werden kann, indem die Ansammlung von durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern zwischen der Nullfestigkeitstemperatur (ZST) und der Nullbildsamkeitstemperatur (ZDT) in einer Stranggießmaschine verursachten Beanspruchungen Berücksichtigung findet. Seitens der Erfinder wurden die Beanspruchungen nach einer finiten Elementenmethode (FEM) errechnet.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung ihrer diesbezüglichen Entdeckung:
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen einer inneren Beanspruchung, die bei Einsatz einer konventionellen Stranggießmaschine (in der keine Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern erfolgt) erzeugt wird, und dem Abstand vom Meniskus aufzeigt. In Fig. 5 bezeichnet A die beim Gießen verursachte Ausbauchbeanspruchung, B die Biegebeanspruchung und C die Rückbiegebeanspruchung. Sämtliche Beanspruchungen wurden nach einer finiten Elementenmethode errechnet. Das Auftreten der Innenspannungen gemäß Fig. 5 ist typisch für eine Stranggießmaschine abgesehen von der Lage und Anzahl der Biege- und Rückbiegerollen.
Wie in der Japanischen Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 3-174962 beschrieben, werden Innenrisse in einer Bramme dann verursacht, wenn eine maximaler Größe akkumulierter Beanspruchungen (berechnet unter Berücksichtigung ihrer Vorgeschichte) eine kritische Beanspruchung für die jeweilige spezifische Stahlqualität überschreitet. Die Beanspruchungen akkumulieren in einem Bereich zwischen der Nullfestigkeitstemperatur (ZST entsprechend einer Festfraktion von 0,8) und der Nullbildsamkeitstemperatur (ZDT entsprechend einer Festfraktion von 0,99) während des Erstarrungsprozesses einer Bramme.
Eine kritische Beanspruchung liet etwa bei 0,9%, wenn der C-Gehalt zwischen 0,2 und 0,3 Masseprozent beträgt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Dicke einer erstarrten Schale entsprechend der Nullfestigkeitstemperatur (ZST) [Festfraktion 0,8] und der Nullbildsamkeitstempratur (ZDT) [Festfraktion 0,99] und dem Abstand vom Meniskus bei einer Brammendicke von 100 mm zeigt. In Fig. 6 stellt die Kurve D die Dicke einer erstarrten Schale in einer Bramme bei der Festfraktion fs = 0,8 und die Kurve E die entsprechende Dicke bei einem fs-Wert von 0,99 dar. Die metallurgische Maschinenlänge L betrug 13 m.
In der Erstarrungssituation gemäß Fig. 6 weist der Bereich, in welcher die Beanspruchungen in der Bramme akkummulieren (nachfolgend bezeichnet als Kumulativbeanspruchungsbereich), die von den die Dicken der erstarrten Schalen repräsentierenden beiden Kurven umfasste Distanz auf. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist der Kumulativbeanspruchungsbereich vom Meniskus einer Bramme bis zu einem in einem bestimmten Abstand hiervon gelegenen Punkt, beispielsweise der Kumulativbeanspruchungsbereich vom Meniskus bis zum Punkt F&sub1;, mit G&sub1; bezeichnet. Entsprechend trägt der Kumulativbeanspruchungsbereich vom Meniskus der Bramme bis zum Punkt F&sub2; die Bezeichnung G&sub2;.
Aus Fig. 6 ist klar ersichtlich, dass der Kumulativbeanspruchungsbereich G mit zunehmendem Abstand F vom Meniskus (d. h. in der Richtung von der Stromaufwärts- zur Stromabwärtsseite), ausgenommen die Enderstarrungsphase eines Strangs), länger wird.
Fig. 7 zeigt das Verhältnis zwischen der einer Innenbeanspruchung zugeschriebenen akkumulierten Beanspruchung und dem Abstand vom Meniskus. Die akkumulierte Beanspruchung nach Fig. 7 ist das Ergebnis einer Ansammlung der in Fig. 5 ausgewiesenen Beanspruchungen, die bei Einsatz einer konventionellen Stranggießmaschine (ohne Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern) entstehen. In Fig. 7 bezeichnen Aa eine akkumulierte Ausbauchbeanspruchung, Ba eine akkumulierte Biegebeanspruchung und Ca eine akkumulierte Rückbiegebeanspruchung. Akkumulierte Beanspruchung ist eine Summe (Integral) der im Kumulativbeanspruchungsbereich G erzeugten Innenbeanspruchungen.
Bei Berücksichtigung der Ausbauchbeanspruchung (die gemäß Fig. 5 gleichmäßig erzeugt wird) nimmt die Frequenz der Akkumulierung von Ausbauchbeanspruchungen A zu, weil der Kumulativbeanspruchungsbereich G auf der Stromabwärtsseite länger wird. Deshalb wird die akkumulierte Ausbauchbeanspruchung Aa auf der Stromabwärtsseite größer.
Im Zuge der sich bei der Akkumulierung von Innenbeanspruchungen wie in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt ergebenden Erstarrung nimmt auch die Frequenz der Akkumulierung von durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchungen auf der Stromabwärtsseite zu.
Als Nächstes folgt unter Bezugnahme auf Fig. 8 eine Beschreibung der beim Reduzieren einer Bramme mit flüssigem plus festem Kern durch Reduzierwalzen entstehenden Innenbeanspruchungen und der gesamten akkumulierten Beanspruchung.
Fig. 8 zeigt das Verhältnis zwischen Innenbeanpsruchungen mit der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung, einer gesamten akkumulierten Beanspruchung und dem Abstand vom Meniskus. Die Innenbeanspruchung wurde in einer Stranggießmaschine unter Reduzierung der Dicke einer Bramme mit flüssigem Kern mit flüssiger plus fester Phase durch Abwalzen erzeugt. In Fig. 8 bezeichnet H die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssiger Phase unter konstanter Erhöhung der Abnahmen bei den fünfzehn Reduzierwalzenpaaren 5 (5&sub1; bis 5&sub1;&sub5;) verursachten Beanspruchungen wie in Fig. 4 dargestellt. Diese Beanspruchungen wurden als Ausbauchbeanspruchung A, Biegebeanspruchung B und Rückbiegebeanspruchung C nach einer finiten Elementenmethode errechnet.
Beim Betrachten des Verhaltens der erstarrten Schale der Bramme 1a mit flüssigem Kern im Bogensegment der in Fig. 4 dargestellten Maschine zeigt sich, dass sich die erstarrte Schale 1b in dem der Tragrolle 3 zum Abstützen der Biegezone entsprechenden Bereich unmittelbar über der Erststufen-Reduzierwalze 5&sub1; sowie in dem der letzten Reduzierwalze 5&sub1;&sub5; entsprechenden Bereich stärker biegt als in den den anderen Reduzierwalzen 5&sub2; bis 5&sub1;&sub4; entsprechenden Bereichen.
In dem den Tragrollen 3 zum Abstützen der Biegezone 7 unmittelbar über der Erststufen-Reduzierwalze 5&sub1; zugewandten Bereich wird eine Druckbeanspruchung am erstarrenden Vorderende der Bramme erzeugt, aber keine wesentliche Beanspruchung aufgrund der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern. In dem der letzten Reduzierwalze 5&sub1;&sub5; zugewandten Bereich jedoch ist die durch Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern entstehende Beanspruchung beträchtlich. In den den anderen Reduzierwalzen 5&sub1; bis 5&sub1;&sub4; entsprechenden Bereichen sind die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern erzeugten Beanspruchungen nahezu gleichmäßig. In Verbindung mit dem vorerwähnten Kumulativbeanspruchungsbereich G fällt das in Fig. 8 dargestellte Profil der gesamten akkumulierten Beanspruchung an.
Es folgt eine Beschreibung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens:
Die Länge des in Fig. 6 dargestellten Kumulativbeanspruchungsbereichs G wird in Verbindung mit dem Auftreten von durch die Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern erzeugten Beanspruchungen wie in Fig. 8 dargestellt sowie dem Profil der gesamten akkumulierten Beanspruchung berücksichtigt. Eine Anzahl von Reduzierwalzenpaaren 5&sub1; bis 5&sub1;&sub5;, von denen jedes die Reduzierung bewirken kann, sind von unmittelbar unterhalb der Kokille bis zum Punkt der vollständigen Erstarrung verlaufend angeordnet (siehe Fig. 4). Der Abnahmegrad pro Reduzierwalzenpaar ist definiert durch den Grad der Abnahme (mm) ab der vorhergehenden Walze und wird durch Pk ausgedrückt. Erfindungsgemäß wird ein Strang mit flüssigem Kern einer Dickenreduzierung unterzogen, bei dem die am weitesten stromaufwärts gelegene Walze 5&sub1; einer Stranggießmaschine (in welcher der Kumulativbeanspruchungsbereich G kurz ist) die größte Abnahme P&sub1; bewirkt. Mit zunehmender Länge des Kumulativbereichs G erfolgt durch die Reduzierwalze 5k eine geringere Abnahme Pk. Dies lässt sich wie folgt ausdrücken:
P&sub1; ≥ P&sub2; ≥ P&sub3; ≥ --- ≥ Pk
Der Fall jedoch, wo sämtliche Abnahmen einander gleich sind, ist ausgeschlossen. Wird eine Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern unter Erfüllung der vorgenannten Bedingungen durchgeführt, so kann der Aufbau einer speziell der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern zuzuschreibenden akkumulierten Beanspruchung (die als Ergebnis eines Strangs mit flüssigem Kern neu hinzukommt) entsprechend der Verteilung der akkumulierten Beanspruchungen vor dem Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern gesteuert werden. Weiter besteht die Möglichkeit, die maximale Größe der gesamten akkumulierten Beanspruchung zu unterdrücken. Damit wird die Bildung von Innenrissen verhindert.
Unter der Voraussetzung, dass die Reduzierung durch jede der Walzen 5&sub1; bis 5k ein. Abnahmegefälle [Rk = (Pk/Lbk) · 100%] aufweist, lassen sich hinsichtlich der Verhinderung von Innenrissen gute Wirkungen dahingehend erzielen, dass die Differenz im Abnahmegefälle benachbarter Reduzierwalzen in Abhängigkeit von der Länge des Kumulativbeanspruchungsbereichs G sowie der kritischen Beanspruchung minimieren. Die bevorzugte Differenz im Abnahmegefälle ist bei unlegiertem Stahl nicht größer als 5%. Hier ist Pk die vom k-ten Reduzierwalzenpaar bewirkte Abnahme (mm) und Lbk die Teilung (mm) der k-ten Reduzierwalze.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens:
Fig. 9 ist eine schematische Längsschnittansicht entlang der Laufebene einer mit einer Anzahl von Reduzierwalzenblockpaaren ausgestatteten Stranggießmaschine, auf welche das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung Anwendung findet und in der jedes Blockpaar unabhängig eine Reduzierung bewirken kann. Wenngleich Fig. 5 eine Stranggießmaschine in VB-Ausführung darstellt, können aber auch Stranggießmaschinen in S- und Vertikalausführung eingesetzt werden. Gemäß Fig. 9 ist eine Reduzierzone 9 aus drei Reduzierwalzenblockpaaren 6a, 6b und 6c zwischen einer Biegezone 7 und einer Rückbiegezone 8 angeordnet. Diese Anordnung wird empfohlen. Die Lage der Reduzierzone 9 unterliegt jedoch keiner besonderen Einschränkung, solange sich diese zwischen einer direkt unterhalb der Kokille 2 liegenden Stelle und dem Punkt, an dem die vollständige Erstarrung auf der Strromabwärtsseite der letrzten Reduzierwalze nach der Reduzierung erfolgt, befindet.
In dem in Fig. 9 dargestellten Fälle weisen die Reduzierwalzenblöcke 6a, 6b, und 6c Reduzierwalzen 5&sub1; bis 5&sub5;, 5&sub6; bis 5&sub1;&sub0; sowie 5&sub1;&sub1; bis 5&sub1;&sub5; auf. Damit die Walzenblöcke die Reduzierung unabhängig voneinander durchführen können, ist jeder Walzenblock mit zwei ölhydraulischen Zylindern 4 verbunden.
Die Stranggießmaschine gemäß Fig. 9, in welcher die Reduzierwalzen in Blöcken zusammengefasst sind, ist auch zur Herstellung von Dünnbrammen geeignet. In dieser Maschine werden die Reduzierwalzenblöcke 6a, 6b und 6c zum Reduzieren der Dicke einer Bramme 1a mit flüssigem Kern durch einen ölhydraulischen Zylinder 4 vorgeschoben und zurückgezogen.
Bei der Reduzierung mit Reduzierwalzenblöcken ist es schwierig, die Laufebene vor und nach dem Reduzieren relativ zum ersten erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Reduzierung unabhängig von jedem Walzenpaar durchgeführt wird, genau in Deckung zu bringen. Die Abweichung zwischen den Laufebenen vor und nach dem Reduzieren lässt sich jedoch minimieren, wenn das Reduzierwalzenlayout so gestaltet wird, dass die Laufebene nach erfolgter Reduzierung optimiert und ein, geeigneter Reduziermechanismus bzw. eine geeignete Reduziereinrichtung (siehe die nachfolgend beschriebene erste und zweite Maschine) verwendet wird. Für den Fall, dass die Laufebenen vor und nach dem Reduzieren selbst dann schwierig zur Deckung gebracht werden können, wenn jede der Reduzierwalzen 5&sub1; bis 5&sub1;&sub5; in den Reduzierwalzenblöcken 6a bis 6c unabhängig voneinander für eine separate Abnahme eingerichtet ist, weil die Anzahl der Walzenpaare 5&sub1; bis 5&sub1;&sub5; in den Reduziewalzenblöcken 6a bis 6c nicht ausreicht, so ist das erste erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.
Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine wirksame Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern unter Vermeidung einer Zunahme der akkumulierten Beanspruchung durch Steuerung des Abnahmegrades wie beim ersten Verfahren durchführen. Das heißt, dass anhand des Verhältnisses zwischen der Länge des Kumulativbeanspruchungsbereichs G, der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung und der Verteilung der gesamten akkumulierten Beanspruchung wie in Fig. 6 bis Fig. 8 dargestellt der erste Reduzierwalzenblock 6a auf der am weitesten entfernten Stromaufwärtsseite für einen großen Abnahmegrad ausgesteuert und der Abnahmegrad mit weitergehender Reduzierung auf den zweiten und dann den dritten der Reduzierwalzenblöcke 6b und 6c verringert wird.
Es folgt als Nächstes eine Beschreibung der in der erstarrten Schale 1b einer Bramme 1a mit flüssigem Kern zwischen benachbarten Reduzierwalzenblöcken 6a und 6b bzw. 6b und 6c erzeugten Beanspruchungen. Die Schale 1b wird durch die Differenz im mittleren Abnahmegefälle der Reduzierwalzenblöcke 6a bis 6c gebogen. Dies hat zur Folge, dass am erstarrenden vorderen Ende unmittelbar unter der letzten Reduzierwalze im stromaufwärts am weitesten entfernten Reduzierblock eine speziell der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern zuzuschreibende Beanspruchung aufgebaut wird.
Deshalb wird nach dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren die Reduzierung wie folgt durchgeführt:
Der Einfachheit halber sei die Anzahl der Reduzierwalzenblockpaare mit i und die Anzahl der Reduzierwalzenpaae im erten Reduzierwalzenblock mit j(i) bezeichnet. Der Abnahmegrad pro Reduzierwalzenpaar in einem Reduzierwalzenblock ist als Abnahmegrad (mm) ab dem vorhergehenden Walzenpaar im gleichen Reduzierwalzenblock definiert und durch Pi,j(i) ausgedrückt. Erfindungsgemäß wird ein Strang mit flüssigem Kern einer Dickenreduzierung unter Erfüllung der folgenden Bedingungen ausgesetzt:
Für den ersten Block:
Für den zweiten Block:
P2,1(2) = P2,2(2) = --- P2,j-1(2) = P2,j(2)
Für den i-nten Block:
Pi,1(i) = Pi,2(i) = --- Pi,j-1(i) = Pi,j(i)
sowie: P1,1(1) ≥ P2,1(2) ≥ --- ≥ Pi,1(i)
mit Ausnahme des Falles, wo sämtliche Abnahmegrade gleich sind.
Das mittlere Abnahmegefälle Ri jedes Reduzierwalzenblocks ist wie folgt definiert:
Ri(%) = ( i,n/Lai) · 100 (1)
wobei Lai die Blocklänge (mm) des i-nten Walzenblock ist. Durch infolge einer Differenz im mittleren Abnahmegefälle benachbarter Reduzierwalzenblöcke (Ri - Ri + 1) durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern erzeugte Beanspruchungen lassen sich durch Minimieren dieser Differenz (Ri - Ri + 1) unterdrücken. Somit besteht beim Einsatz einer Stranggießmaschine, in der die Reduzierung durch jeweils unabhängig wirkende Reduzierwalzenblöcke erfolgt, auch die Möglichkeit, die Erzeugung von dem Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern zuzuschreibenden Beanspruchungen je nach Verteilung der akkumulierten Beanspruchung vor dem Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern zu steuern. Weiter ist es möglich, die maximale Größe der gesamten akkumulierten Beanspruchung zu unterdrücken. Damit wird die Entstehung von Innenrissen verhindert. Die bevorzugte Differenz im Abnahmegefälle beträgt bei unlegiertem Stahl nicht über 5%.
Wie vorbeschrieben, werden mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren Innenrisse verhindert, indem die Akkumulierung von Beanspruchungen infolge der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern unterbunden wird.
Es folgt nunmehr eine Beschreibung des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens:
Bei diesem Verfahren wird eine Stranggießmaschine mit Bogensegment eingesetzt. Wird eine Bramme mit flüssigem Kern mit einer flüssigen plus festen Phase einer Reduzierung nach dem ersten oder zweiten erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen, so erfolgt das Reduzieren in einem durch einen Kreisbogen mit einem bestimmten Krümmungsradius bestimmten Bereich. Dieses Verfahren ist dahingehend wirksam, dass eine Zunahme der durch Biege- und Rückbiegebeanspruchungen verursachten gesamten akkumulierten Beanspruchung und somit die Bildung von Innenrissen in einer Dünnbramme unterdrückt wird.
In Stranggießmaschinen mit einem Bogensegment (S- und VB-Ausführung) werden in einer S-Maschine Rückbiegebeanspruchungen sogar vor dem Reduzieren verursacht. Gleichermaßen werden in einer VB-Maschine Biege- und Rückbiegebeanspruchungen in der gleichen Situation erzeugt. Beim Einsatz einer VB-Maschine der in Fig. 4 aufgezeigten Art und Berücksichtigung der Akkumulierung von Beanspruchungen werden hohe akkumulierte Biegebeanspruchungen Ba sowie Rückbiegebeanspruchungen Ca in der Biegezone 7 und der Rückbiegezone 8 erzeugt.
Wird zum Reduzieren einer Bramme 1a mit flüssigem Kern unter Einsatz einer Stranggießmaschine mit Bogensegment die Lage der Reduzierzone 9 willkürlich zwischen einer unmittelbar unterhalb der Kokille 2 befindlichen Stelle und dem Punkt der vollständigen Erstarrung bzw. innerhalb eines die Biegezone 7 und die Rückbiegezone 8 umfassenden Abschnitts gewählt, so wird weiter eine der Reduzierung eines Strangs mit einem flüssigen Kern eigene Beanspruchung dem erstarrenden vorderen Ende beaufschlagt, wo Biege- und Rückbiegespannungen von Anfang an erzeugt werden. Als Ergebnis entstehen Innenrisse in der Dünnbramme 10. Weiter kann der Abnahmegrad verringert werden, um Innenrisse zu verhindern.
Zur Ausschaltung dieser Probleme muss ungeachtet der durch die einzelnen Walzen oder durch einzelne Reduzierwalzenblöcke bewirkten Reduzierung ist die Reduktionszone 9, d. h. die Lage der Reduzierwalzengruppen 5, innerhalb des durch einen Kreisbogen mit einem vorgegebenen Krümmungsradius wie in Fig. 4 und Fig. 9 dargestellt bestimmten Bereich s angesiedelt werden. Dieser Bereich 11 ist so gewählt, dass die Reduzierwalzenpaare 5 (die auf der Stromabwärtsseite der Biegezone 7, jedoch auf der Stromaufwärtsseite der Rückbiegezone 8 liegen) so angeordnet sind, dass sie einen Kreisbogen mit einem bestimmten Krümmungsradius bilden.
Bei einer derartigen Anordnung der Reduzierwalzenpaare 5 sind zusätzliche Beanspruchungen infolge Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern in der Nähe der maximalen Größe der in der Biegezone 7 und der Rückbiegezone 8 erzeugten akkumulierten Beanspruchungen vermeidbar. Hierdurch wird die Steuerung des Abnahmegrades vereinfacht. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird eine Überlappung des Bereichs, in welchem die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingte Beanspruchung H aufgebracht wird, und der Bereiche mit der Biegebeanspruchung B und der Rückbiegebeanspruchung C vermieden. Es ist dies der Grund, warum durch Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern bedingte Beanspruchungen nicht bis in die Nähe der maximalen Größe der in der Biegezone 7 und der Rückbiegezone 8 hinzugeschlagen und eine Zunahme der gesamten akkumulierten Beanspruchung unterdrückt wird.
Wie vorbeschrieben, lässt sich mit dem dritten erfindungsgemäßen Verfahren eine Zunahme der akkumulierten Beanspruchungen ausschalten, so dass dieses Verfahren sich dahingehend auswirkt, dass die Entstehung von Innenrissen verhindert wird.
Es folgt eine Beschreibung des vierten erfindungsgemäßen Verfahrens:
Bei diesem Verfahren wird die Bildung von Innenrissen dadurch verhindert, dass das Hinzukommen einer Ausbauchbeanspruchung zu der durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung und damit eine Gesamtbeanspruchung, die eine kritische Beanspruchung bei der Herstellung einer Dünnbramme durch Gießen mit hoher Geschwindigkeit und Reduzierung einer Bramme mit einem flüssigen Kern übersteigen würde, ausgeschlossen wird.
Die Gießbedingungen bei dem vierten erfindungsgemäßen Verfahren sind wie folgt: Bei diesem Verfahren findet jedes der ersten bis dritten Verfahren mit Anwendung. Das Endprodukt aus der resultierenden Dünnbramme ist nicht auf warmgewalzte Bandringe beschränkt. Die Brammendicke am Austritt aus der Kokille liegt zwischen 70 und 150 mm, die Gießgeschwindigkeit zwischen 2,5 und 6 m/Min, die Teilungen der Tragrollen und Reduzierwalzen zwischen 100 und 250 mm und das spezifische Wasserverhältnis der Sekundärkühlung zwischen 1,5 und 4,5 l//kg Stahl).
Der Brammendickenbereich von 70 bis 150 mm ist für die Herstellung von warmgewalzten Bandringen geeignet. Die für die Gießgeschwindigkeit festgelegte untere Grenze von 2,5 m/Min wurde im Sinne einer Produktivitätssicherung für Dünnbrammen der vorgenannten Dicke durch Stranggießen gewählt. Andererseits ist beim Überschreiten der oberen Grenze von 6 m/Min die Oberflächenqualität der resultierenden Dünnbramme mangelhaft.
In Stahl mit einem C-Gehalt von 0,2 Masse-% liegt die für das Entstehen von Innenrissen kritische Beanspruchung bei 0,9%, wie dies aus den an anderer Stelle noch zu beschreibenden Beispielen hervorgeht. Um das Entstehen von Innenrissen zu verhindern, ist es wesentlich, dass die kritische Beanspruchung für jede Stahlqualität ermittelt wird. Als maximaler C-Gehalt einer Stahlqualität zur Herstellung von warmgewalzten Bandringen gilt der Wert von 0,3 Masse-%. Nach den von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen ist die für die Bildung von Innenrissen kritische Beanspruchung in Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3 Masse-% in etwa gleich der bei Stählen mit 0,2 Masse-%, nämlich etwa 0,9%.
Eine aus dem Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern resultierende akkumulierte Beanspruchung lässt sich mit dem ersten und dritten erfindungsgemäßen Verfahren zwar verringern, doch ist keine Reduzierung auf Null möglich. Wir können eine akkumulierte Beanspruchung von nur bis zu 0,2% akzeptieren. Dementsprechend müssen bei der Verwendung von Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3 Masse-% (der unter einer Reihe von für die Herstellung von Warmband-Coils geeigneten Stahlqualitäten als äußerst rissanfällig zu gelten hat) in Anbetracht der Tatsache, dass die kritische Beanspruchung dieses Stahls 0,9% beträgt, andere als die für das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern typischen Beanspruchungen auf einen Wert von weniger als 0,7% herunterdrückt werden, um Innenrisse zu verhindern.
Bei Verwendung von Stahlqualitäten mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,3 Masse-% werden die kritischen Beanspruchungen sogar noch höher. Deshalb lassen sich Innenrissprobleme ausschalten, wenn andere als durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingte Beanspruchungen auf unter 0,7% begrenzt werden.
Neben der durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingten Beanspruchung gibt es noch die wie vorerwähnt unvermeidlichen Biege-, Rückbiege- und Ausbauchbeanspruchungen. Was die Biege- und Rückbiegebeanspruchungen angeht, ist deren Auftreten wie vorstehend für das dritte erfindungsgemäße Verfahren beschrieben ausschließlich auf die Biege- und die Rückbiegezone beschränkt. Damit lässt sich durch die Ausführung der Reduzierung in von diesen nicht beeinflussten Bereichen die gesamte akkumulierte Beanspruchung verringern.
Die Ausbauchbeanspruchung wird jedoch von allen Walzen verursacht und wird mit zunehmender Gießgeschwindigkeit größer. Auch verursachen verschiedene Walzen unterschiedliche Ausbauchbeanspruchungen. Damit nimmt die Ausbauchbeanspruchung beträchtlich zu. Dementsprechend muss bei Berücksichtigung von anderen Beanspruchungen als der durch das. Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingten Beanspruchung die Ausbauchbeanspruchung auf unter 0,7% gedrückt werden, um Innenrisse zu verhindern. Die Ausbauchbeanspruchung beeinflussende und steuerbare Faktoren sind außer der Gießgeschwindigkeit die Teilung der Brammen-Tragrollen und das spezifische Wasserverhältnis im Sekundärkühlsystem.
Wie aus den nachfolgend beschriebenem Beispielen ersichtlich, ist die Walzen- bzw. Rollenteilung nicht für jeden Walzen- oder Rollenabstand gleich. In vielen Fällen ist sie je nach Maschinenerfordernis leicht verschieden. Allgemein gesagt ist die Teilung aber doch innerhalb eines gewissen Bereichs nahezu gleich und zwischen zwei jeweils benachbarten Walzen/Rollen nicht wesentlich verändert. Weiter wird nach gängiger Praxis die Teilung in der stromaufwärtsseitigen Zone klein und auf der Stromabwärtsseite groß. Damit bezeichnet die in der vorliegenden Beschreibung angesprochene Walzen-/Rollenteilung die mittlere und normale Teilungsgröße in der Tragrollen- und der Reduzierzone.
Der Grund, warum die Teilung der Tragrollen zusätzlich zu der der Walzen für das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern berücksichtigt werden muss, ist der, dass beim Vorhandensein akkumulierter Beanspruchungen in einem weiten Bereich die auf der Stromaufwärtsseite der Reduzierzone eines Strangs mit flüssigem Kern verursachte Ausbauchbeanspruchung auch in der Reduzierzone und selbst auf der Stromabwärtsseite derselben verbleibt, so dass die gesamte akkumulierte Beanspruchung durch Einbeziehung der Ausbauchbeanspruchung in dieser Zone erhöht wird.
Bei einer Walzen- bzw. Rollenteilung von mehr als 250 mm und einem spezifischen Wasserverhältnis der Sekundärkühlung von unter 1,5 l/(kg Stahl) nimmt die Ausbauchbeanspruchung pro Walzen- bzw. Rollenpaar und damit die gesamte akkumulierte Beanspruchung zu.
Das vorgeschilderte Phänomen lässt sich mit Bezug auf Fig. 10(a) bis Fig. 10(c) verdeutlichen. Fig. 10(a) bis Fig. 10(c) zeigen das Verhältnis zwischen der maximalen Größe der dem Ausbauchen zugeschriebenen Beanspruchung (akkumulierte Ausbauchbeanspruchung) einer Dünnbramme von 70 bis 150 mm Dicke, dem spezifischen Wasserverhältnis und der Walzen- bzw. Rollenteilung. In Fig. 10(a) beträgt die Gießgeschwindigkeit 2,5 m/Min sowie in Fig. 10(b) und Fig. 10(c) 4 bzw. 6 m/Min. Die Ausbauchbeanspruchungen wurden als akkumulierte Beanspruchung im Wege einer Beanspruchungsanalyse unter Berücksichtigung der Kriechverformung einer Dünnbramme ermittelt.
Wie aus Fig. 10(a) bis 10(c) ersichtlich nehmen bei einer Gießgeschwindigkeit von 6 m/Min die akkumulierten Ausbauchbeanspruchungen beträchtlich zu, wenn die Walzen- bzw. Rollenteilung größer ist als 250 mm und das spezifische Wasserverhältnis der Sekundärkühlung 1,5 l/(kg Stahl) beträgt, so dass die kritische Beanspruchung (0,7%) überschritten wird. Liegt die Gießgeschwindigkeit nicht über 4 m/Min, so ist die kritische Rollen- bzw. Walzenteilung größer als 250 mm und das kritische Wasserverhältnis kleiner als 1,5 l/(kg Stahl).
Wird wie vorerwähnt das Hochgeschwindigkeitsgießen unter Bedingungen durchgeführt, wo die Brammendicke zwischen 70 und 150 mm und die Gießgeschwindigkeit 2,5 bis 6 m/Min betragen, so kann die maximale akkumulierte Ausbauchbeanspruchung auf unter 0,7% (den wie vorerwähnt zulässigen Wert) gebracht werden, indem die Teilung der Brammentragrollen und Reduzierwalzen auf nicht über 250 mm und das spezifische Wasserverhältnis der Sekundärkühlung auf nicht über 1,5 l/(kg Stahl) eingestellt werden.
Der Rollen- bzw. Walzendurchmesser begrenzt die untere Grenze der Rollen- bzw. Walzenteilung. Beim Hochgeschwindigkeitsgießen kann er wegen der hohen thermischen Belastung nicht sehr klein gehalten werden. Der minimale, aber realistische Durchmesser einer Rolle bzw. Walze ist 100 mm. Deshalb gilt 100 mm als untere Grenze für die Rollen- bzw. Walzenteilung. Andererseits wird bei Sekundärkühlung durch starkes Kühlen mit einem hohen spezifischen Wasserverhältnis die Brammentemperatur in einem starken Maße abgesenkt und die Rückbiege-Widerstandskraft erhöht, wobei in gewissen Fällen ein Ausziehen der Bramme nicht möglich ist. Um dies zu verhindern, liegt die obere Grenze des spezifischen Wasserverhältnisses der Sekundärkühlung bei 4,5 l/(kg-Stahl).
Es folgt als Nächstes eine Beschreibung einer ersten Maschine:
Allgemein beträgt der Radius eines Bogensegments einer Stranggießmaschine ca. 3 bis 15 m. Bei der Durchführung einer großen Abnahme eines Strangs mit flüssigem Kern durch Vorschieben und Zurückziehen der im Bogensegement angeordneten oberen. Rollensegmentrahmen weicht der Gießradius der die Brammenoberseite begrenzenden Laufebene beim Reduzieren von dem beim Gießen vor dem Reduzieren ab.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Dicke der Bramme (und der Abnahmegrad) wesentlich kleiner als der Gießradius ist, so dass der Grad der Veränderung des Gießradius ziemlich gering ist. Sie dachten, dass die Position der Walzen in den oberen Rollensegmentrahmen unabhängig vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Reduzierung eindeutig bestimmt werden könne, wenn die beiden Brammenlaufebenen (vor und nach dem Reduzieren) einander überlagert, werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform dieses Gedankens werden die oberen Rollensegmentrahmen in Übereinstimmung mit dem Grad der Verschiebung des Gießradius-Mittelpunkts vor und nach dem Reduzieren gedreht, um die beiden Laufebenen in eine im Wesentlichen übereinandergelagerte Position zu bringen. Durch diese Verfahrensweise lassen sich Verschiebebeanspruchungen verringern.
Es folgt eine Beschreibung eines Beispiels für den Aufbau einer ersten Dünnbrammen-Stranggießmaschine mit Bezug auf Fig. 11 und Fig. 12.
Fig. 11 ist eine schematische Längsschnittansicht, aus welcher der allgemeine Aufbau eines in der ersten Maschine eingesetzten Reduzierblocks ersichtlich ist. Fig. 12 ist eine fragmentarische Längsschnittansicht, welche eine Stranggießmaschine mit Bogensegement und wenigstens einem Reduzierblock für das Bogensegement zeigt.
Wie aus Fig. 11 und Fig. 12 ersichtlich, weist ein Reduzierblock auf: einen oberen Rollensegmentrahmen 12 zum Vorschieben und Zurückziehen von oberen Reduzierwalzen 5; unterhalb des oberen Rollensegmentrahmens 12 angeordnete obere Reduzierwalzen 5; eine stromaufwärtsseitige Führungswelle 19 und eine stromabwärtsseitige Führungswelle 20, die am Rahmen 12 befestigt sind; eine Vorrichtung zum Bewegen des Rahmens 12 nach oben und Unten, beispielsweise Ölhydraulikzylinder 4; einen feststehenden oberen Rahmen 25 in Gatterform zur Aufnahme der Ölhydraulikzylinder 4; einen unteren Begrenzungsanschlag 21 und einen oberen Begrenzungssanschlag 22, welche die Endpositionen der Führungswelle 19 bzw. 20 bestimmen; einen unteren, Drehbegrenzungsanschlag 23, der die Drehbewegung der stromabwärtsseitigen Führungswelle kontrolliert; und eine Gießrichtungsführung 26, welche die Bewegung der stromaufwärtsseitigen Führungswelle 19 leitet.
Weiter weist der Reduzierblock einen unteren Rollensegmentrahmen 18 zur Lagerung unterer Reduzierwalzen 5' auf. Der untere Rollensegmentrahmen 18 ist ebenfalls mit dem unteren Teil des feststehenden gatterförmigen oberen Rahmens 25 verbunden.
Es sind vier Ölhydraulikzylinder 4, d. h. je zwei auf der Stromaufwärts- und der Stromabwärtsseite des oberen Rollensegmentrahmens 12, angeordnet. Wahlweise können zwei Ölhydraulikzylinder vorgesehen werden, nämlich je einer in der Mitte der Stromaufwärts- und der Stromabwärtsseite.
Die Gießrichtungsführung 26 ist parallel zu der den Mittelpunkt 0 des Bogensegments und den Mittelpunkt des (nachstehend mit Bezug auf Fig. 14 noch zu beschreibenden) oberen Rollensegmentrahmens verbindenden Senkrechtlinie 42 angeordnet. Der Zweck der Gießrichtungsführung 26 ist es, den stromaufwärts- und stromabwärtsseitigen Führungswellen 19, 20 eine geradlinige Gleitbewegung oder anders ausgedrückt eine Vorschub- und Rückzugbewegung in der zum Bogenbereich vertikalen Richtung mitzugeben. Damit fährt der obere Rollensegmentrahmen 12 vor und zurück in der Weise, dass die stromaufwärtsseitige Führungswelle 19 über den Ölhydraulikzylinder 4 entlang der Gießrichtungsführung 26 entlang fährt und sich gleichzeitig der Rahmen 12 in der zum Bogenbereich vertikalen Richtung vor und zurück bewegt.
Die Zylinderstange 28 des Ölhydraulikzylinders 4 ist über einen Stift 29 so mit dem oberen Rollensegmentrahmen 12 verbunden, dass eine Drehbewegung des Rahmens 12 ermöglicht wird. Entsprechend ist der Ölhydraulikzylinder 4 über ein Anschlussstück 30 mittels eines Stifts 29 am feststehenden gatterförmigen oberen Rahmen 25 befestigt.
Die Bezugsziffer 27 bezeichnet den Drehmittelpunkt des oberen Segmentraollenrahmens 12 an der Stelle, wo die Dicke einer Bramme mit flüssigem Kern 1a durch Absenken des oberen Segmentrollenrahmens 12 und Andrücken der stromaufwärtsseitigen Führungswelle 19 an den unteren Begrenzungsanschlag 21 reduziert wird. Die Drehung wird durch den unteren Drehbegrenzungsanschlag 23 unterbunden, der die Drehung der stromabwärtsseitigen Führungswelle kontrolliert.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist die Gießposition der Reduzierwalzen 5 und 5' an dem am weitesten entfernten Punkt so gewählt, dass diese sich immer auf der Stromaufwärtsseite des Drehmittelpunkts 27 der stromaufwärtsseitigen Führungswelle 19 befindet. Aufgrund dieser Anordnung lässt sich das mit der Bezugsziffer 41 in Fig. 2 und Fig. 3 bezeichnete Hochkommen vermeiden.
Sind mehrere Reduzierwalzenblöcke vorhanden, so sind die oberen Segmentrollenrahmen 12 nicht miteinander verbunden (siehe die Reduzierblöcke 6a, 6b und 6c in Fig. 9). Mit den in Fig. 11 und Fig. 12 dargestellten Reduzierblöcken wird die Reduzierung wie folgt vorgenommen: Zunächst ist ab Gießbeginn bis zum Beginn des Reduziervorgangs der obere Rollensegmentrahmen 12 gehoben, so dass die Reduzierwalzenpaare 5 und 5' entlang der Laufebene 39 vor dem Reduzieren zueinander ausgerichtet sind. Die Position wird durch. Einstellen der Position, in welcher die obere und die untere Führungswelle 19, 20 gegen ihre oberen Begrenzungsanschläge 12 zur Anlage kommen, kontrolliert.
Nach Beginn des Reduziervorgangs wird der obere Rollensegmentrahmen 12 nach unten gefahren, so dass die oberen Reduzierwalzen 5 entlang der Laufebene 40 beim Reduzieren ausgerichtet sind. Die stromaufwärtseitige Führungswelle 19 liegt am Begrenzungsanschlag 21 an, wobei in dieser Stellung die stromabwärtsseitige Führungswelle 20 des oberen Rollensegmentrahmens 12 um den Drehmittelpunkt 27 gedreht wird, bis sie an dem die Drehung der stromabwärtsseitigen Führungswelle kontrollierenden unteren Drehbegrenzungsanschlag 23 anschlägt.
Die oberen Reduzierwalzen 5 sind so plaziert, dass sie den unteren Reduzierwalzen 5' gegenüberliegen, wenn sie entlang der Laufebene 39 vor dem Reduzieren bzw. der Laufebene 40 nach dem Reduzieren ausgerichtet sind.
Beim Reduzieren werden die Ölhydraulikzylinder 4 mit einer Kraft beaufschlagt, die größer ist als die Reduktionswiderstands- plus Ausbauchkraft, bei der auch variierende Faktoren berücksichtigt sind. Im Ergebnis lassen sich eine vorgegebene Reduktionslaufebene und eine konsistente Dicke der redultierenden Produkte erzielen.
Kurz gesägt wird der obere Rollensegmentrahmen 12 mit mehreren oberen Reduzierwalzen 5 durch die Ölhydraulikzylinder 4 nach unten gefahren. Gleichzeitig ist der obere Rollensegmentrahmen 12 nicht nur wie vorbeschrieben geradlinig in der Senkrechten bewegbar, sondern auch über die stromaufwärtsseitige und die stromabwärtsseitige Führungswelle 19, 20 am unteren Drehbegrenzungsanschlag 21 und dem die Drehung der stromabwärtsseitigen Führungswelle kontrollierenden unteren Begrenzungsanschlag 23 drehbar. Dies hat zur Folge, dass die oberen Reduzierwalzen 5 vorgeschoben bzw. nach unten gefahren und entlang der Brammemlaufebene während des Reduzierens ausgerichtet weden können. Wird andererseits der obere Segmentrahmen 12 nach oben bewegt, so wird die Position der Führungswellen 19 und 20 durch den oberen Anschlag 22 bestimmt, der am oberen feststehenden Rahmen 25 befestigt ist, damit die oberen Reduzierwalzen 5 zur Ausrichtung entlang der Brammenlaufebene vor dem Reduzieren zum Gießzeitpunkt nach oben gefahren werden können.
Mit diesem Verfahren lassen sich Änderungen der Brammendicke vom Gießbeginn bis zum Reduzieren ausschalten. Das heißt, dass durch Definieren der Laufebene beim Reduzieren 40 unter Benutzung der Führungswellen 19 und 20 sowie der Anschläge 21, 22 und 23 selbst bei Beaufschlagung einer übergroßen Reduzierkraft die Bramme mit Flüssigkern 1a sowie die Reduzierwalzen 5 und 5' keine zu hohe Kraft führen. Weiterhin ist eine Steuerung der Reduzierkraft nicht erforderlich. Die Laufebene beim Reduzieren kann nur durch Aufbringen einer Kraft bestimmt werden, die größer ist als die Summe aus der Widerstandkraft beim Reduzieren plus der Ausbauchkraft. Selbst bei einer Änderung der Brammentemperatur und der Dicke der erstarrten Schale zur Änderung der Reduktionswiderstandskraft lässt sich die Reduktionslaufebene aufrechterhalten.
Die bei den zwei übereinander liegenden zwei Brammenlaufebenen gegebene Abweichung, nämlich der einen Laufebene beim Reduzieren und der anderen Laufebene vor dem Reduzieren oder anders gesagt beim Gießen, sei nunmehr mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Anschließend folgt mit Bezug auf Fig. 14 eine Erläuterung des Grundes, warum ein Mechanismus vorgesehen werden muss, der das obere Rollensegment nicht nur geradlinig zu bewegen, sondern auch zu drehen vermag.
Fig. 13 ist eine schematische Längsschnittansicht zur Veranschaulichung des Reduzierens einer Bramme mit flüssigem Kern. In Fig. 13 sind die gesamte Reduktionszone vom Mittelpunkt 0 des Kreises (Radius = R) auf dem Bogensegment der Stranggießmaschine aus gesehen mit θ und der Abnahmegrad mit Δt bezeichnet und ist die Reduziergeschwindigkeit konstant.
Ein durch drei Punkte auf der Laufebene einer Bramme mit flüssigem Kern 1a beim Reduzieren (Beginnpunkt Pa, Mittelpunkt Pb und Endpuntk Pc) verlaufender Kreis wird eindeutig festgelegt. Radius und Mittelpunkt dieses Kreises sind mit R" bzw. 0" bezeichnet. Ein Kreis mit dem Radius R' (= Ra; Brammenlaufebene vor dem Reduzieren) wird so aufgelagert, dass er durch die Punkte Pa und Pc geht. Der Mittelpunkt 0' dieses Kreises befindet sich auf einer Geraden, welche die Mittelpunkte M von Pa und Pc und 0" verbindet. Dementsprechend ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten der durch Pa und Pc gehenden beiden Kreisbögen der Maximalwert δ der Abweichung zwischen den beiden Laufebenen.
In diesem Zusammenhang entspricht das Überlagern der Laufebenen in Fig. 13 einer Drehbewegung des Punkts 0 relativ zu Pa auf eine die Punkte M und 0" verbindende Gerade.
In einer konkreten Maschine ist der Punkt Pa der Kontaktpunkt zwischen einer Reduzierwalze 5 und einer Bramme mit flüssigem Kern 1a. Deshalb muss die Drehbewegung des Mittelpunkts 0 des Bogensegments um den Punkt Pa auf den Mittelpunkt 0' eines wie aus Fig. 13 ersichtlich durch die Punkt Pa und Pc verlaufenden Kreises mit dem Radius R durchgeführt werden, während die seitlich entfernteste der oberen Reduzierwalzen 5 so geführt wird, dass sie als Drehmittelpunkt dient. Dies wird in der Praxis bei den Maschinen nicht realisiert, weil die Anordnung oberer und unterer Begrenzungsanschläge 22, 21 sowie einer Gießrichtungsführung 26 schwierig ist. Deshalb müssen in der Praxis bei den Maschinen die Führungswellen 19 und 20 an von den oberen Reduzierwalzen 5 entfernten Positionen angeordnet werden.
Zur Bewegung des Punkts 0 zu 0' muss die als Drehmittelpunkt dienende stromaufwärtsseitige Führungswelle 19 selbst geradlinig senkrecht zum Bogenbereich bewegt werden, um die maximale Abweichung δ gemäß Fig. 13 zu steuern. In Anbetracht dieser Forderung ist die stromaufwärtsseitige Führungswelle 19 geradlinig senkrecht zum Bogenbereich bewegbar, um eine Verschiebung des Punkts 0 zu Punkt 0' zu bewirken.
Mit Bezug auf Fig. 14 folgt nunmehr eine Beschreibung der vorerwähnten Verlagerung des Mittelpunkts eines Bogensegments aus geometrischer Sicht.
Fig. 14 ist eine schematische Längsschnittansicht zur Erläuterung de Reduzierens einer Bramme mit flüssigem Kern in dem Falle, wo die Führungswellen 19 und 20 eines oberen Rollensegmentrahmens 12 auf der Stromaufwärts- bzw. Stromabwärtsseite über der oberen Reduzierwalzen 5 angeordnet sind und die Gießrichtungsführung 26 parallel zu der zum Bogenabschnitt vertikalen Richtung 42 ausgerichtet ist.
Die Größen der geradlinigen Bewegung und der Drehwinkel des oberen Rollensegmentrahmens 12 werden dahingehend ermittelt, dass der Mittelpunkt 0 des Bogenabschnitts zum Punkt 0' relativ zu den oberen Positionen der Führungswellen 19 und 20, d. h. deren Positionen vor dem Reduzieren, verschoben wird. Wird der Mittelpunkt 0 des Bogenabschnitts um die stromaufwärtsseitige Führungswelle 19 gedreht, so werden der Drehwinkel vor dem Schneiden einer parallel zur Mittelachse des oberen Rollensegmentrahmens 12 liegenden und durch den Punkt 0' verlaufenden Linie mit θs und der Abstand zwischen dem Schnittpunkt und dem Punkt 0 mit d bezeichnet. Der Abstand d und der Drehwinkel θs sind die Größen der geradlinigen Bewegung senkrecht zum Bogenabschnitt und der Drehwinkel des oberen Rollensegmentrahmens 12.
Diese beiden Faktoren werden bestimmt durch die Lage des unteren Begrenzungsanschlags 21 der stromaufwärtsseitigen Führungswelle 21 und des unteren Drehbegrenzungsanschlags 23, der die Drehung der stromabwärtsseitigen Führungswelle 20 kontrolliert.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer zweiten Dünnbrammen-Stranggießmaschine mit Bezug auf Fig. 15 und Fig. 16.
In dieser zweiten Maschine sind der untere Begrenzungsanschlag 21 und der untere Drehbegrenzungsanschlag 23 zur Kontrolle der Drehung mittels eines Mechanismus wie eines Schneckenhebers und einer elektrischen Steuereinrichtung beweglich ausgeführt. Somit ist beim Einsatz eines solchen Reduzierblocks die Möglichkeit gegeben, den oberen Rollensegmentrahmen 12 entsprechend der Größe der Direktbewegung senkrecht zum Bogenabschnitt sowie den Drehwinkel entsprechend den jeweiligen Änderungen des Abnahnmegrades und des Reduziermusters während des Betriebs der Maschine ohne Anhalten derselben einzustellen. Der Reduzierblock ist auch an Änderungen der Brammenproduktdicke durch Kokillenaustausch anpassbar. Auch dies kann ohne Anhalten der Maschine erfolgen, indem die Position der oberen Begrenzungsanschläge 22 variierbar gemacht wird.
Fig. 15(a) ist eine schematische Teil-Längsschnittansicht, welche den in der ersten Maschine eingesetzten stromaufwärtsseitigen Reduzierwalzenblock von vorne zeigt, und Fig. 15(b) eine schematische Teil-Längsschnittansicht, die den in der ersten Maschine eingesetzten stromabwärtsseitigen Reduzierwalzenblock von vorne darstellt.
In der die Stromaufwärtsseite darstellenden Fig. 15(a) ist ein Reduzierblock vorgesehen mit wenigstens einem oberen Rollensegmentrahmen 12 zum Heben und Absenken oberer Reduzierwalzen 5, mehreren oberen Reduzierwalzen 5 mit Anordnung unterhalb des oberen Rollensegmentrahmens 12, einer am Rahmen 12 befestigten stromaufwärtsseitigen Führungswelle 19, einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen des Rahmens 12 nach oben und unten, zum Beispiel einem Ölhydraulikzylinder 4, einem feststehenden gatterförmigen oberen Rahmen 25 zur Aufnahme der Bewegungsvorrichtung, einem unteren Begrenzungsanschlag 21 und einem oberen Begrenzungsanschlag 22 zur Bestimmung der Endpositionen der Führungswelle 19, und einer Gießrichtungsführung 26 für die Führungswelle 19. Damit entspricht der Aufbau der Maschine im Wesentlichen dem Aufbau gemäß Fig. 11.
In Fig. 15 sind die stromaufwärtsseitige Führungswelle 19, der untere Begrenzungsanschlag 21, der obere Begrenzungsanschlag 22 und die Gießrichtungsführung 26 nicht direkt mit dem feststehenden gatterförmigen oberen Rahmen 25 verbunden. In dieser Maschine sind Schneckenheber 24-1, 24-3 und eine Schnecke 31 zur Änderung der Dicke einer Bramme mit flüssigem Kern 1a bzw. des Abnahmegrads vorgesehen, um die Größe der vertikalen Verschiebung des oberen Begrenzungsanschlags 22, des unteren Begrenzungsanschlags 21 und der Gießrichtungsführung 26 einzustellen bzw. zu bestimmen, wobei diese Elemente nicht mit dem feststehenden gatterförmigen oberen Rahmen 25 verbunden sind.
In Fig. 15(b), welche für die Stromabwärtsseite darstellt, sind vorgesehen eine stromabwärtsseitige Führungswelle 20, ein oberer Begrenzungsanschlag 22 und ein unterer Drehbegrenzungsanschlag 23, welcher die Drehung kontrolliert. Nicht vorgesehen ist dagegen eine Gießrichtungsführung 26. Ähnlich wie bei der Stromaufwärtsseite werden mit Hilfe von Schneckenhebern 24-2, 24-4 sowie einer Schnecke 31 zum Ändern der Dicke einer Bramme mit flüssigem Kern bzw. des Abnahmegrads die Größen der vertikalen Verschiebung des oberen Begrenzungsanschlags 22 und des unteren Drehbegrenzungsanschlags 23 zur Kontrolle der Drehbewegung eingestellt bzw. gesteuert.
Auf sowohl der Stromaufwärts- als auch der Stromabwärtsseite sind die Hydraulikzylinder 4 und die metallischen Anschlussstücke 30 so angeordnet, dass die Hydraulikzylinder 4 in Gießrichtung drehbar sind. Wie bei der in Fig. 11 dargestellten Maschine bezeichnen die Bezugsziffer 28 eine Zylinderstange und die Bezugsziffer 29 einen Stift.
Zusätzlich zu den vorgenannten Elementen ist ein unterer Rollensegmentrahmen 18 zur Aufnahme der unteren Reduzierwalzen 5' vorgesehen. Dieser untere Rollensegmentrahmen 18 wird vom unteren Teil des feststehenden gatterförmigen oberen Rahmens 25 aufgenommen und ist mit diesem verbunden. Im Falle von Fig. 15(a) und Fig. 15(b) werden Bolzen 37 zusammen mit Antiverschiebeführungen 38 für den feststehenden oberen Rahmen 25 und den unteren Segmentrahmen 18 eingesetzt, um die erforderliche Verbindung herzustellen. Diese Elemente können jedoch auch einstückig ausgebildet sein.
Fig. 16 ist eine Teil-Längsschnittansicht, welche die Seite eines in der vorbeschriebenen Maschine eingesetzten Reduzierwalzenblocks sowie den Aufbau eines Steuersystems zeigt. Wie aus Fig. 16 ersichtlich, werden die Schneckenheber 24-1 und 24-2 zur Änderung der Brammendicke über eine Schnecke 31 und einen hydraulischen Servomotor 36-1 mit Drehsensor drehgetrieben. Die Schneckenheber 24-3 und 24-4 zur Änderung des Abnahmegrades werden unabhängig voneinander über hydraulische Servomotoren 36-2 und 36-3 jeweils mit Drehsensor angetrieben.
Die elektrische Steuerung für den Reduziervorgang umfasst eine Bedienungstafel 32 zur Eingabe der Brammendicke und der Abnahmegrade, ein Betriebssystem 33, das Berechnungen der Brammendicke und der Abnahmegrade unter Heranziehung der Motordrehzahl anstellt, eine Steuertafel 34 zum Steuern der hydraulischen Servomotore, eine Antriebsvorrichtung 35 für die hydraulischen Servomotore, einen hydraulischen Servomotor 36-1 mit Drehsensor zum Antrieb der Schneckenheber 24-1 und 24-2 für die Änderung der Brammendicke sowie hydraulische Servomotore 36-2 und 36-3 mit jeweils einem Drehsensor für den Antrieb der Schneckenheber 24-3 und 24-4 zur Änderung der Brammendicke.
Jeder Servomotor ist mit einem Untersetzungsgetriebe versehen. Als Antriebsvorrichtung 35 für den hydraulischen Servomotor ist ein servohydraulische Vorrichtung vorgesehen, die auch zum Antrieb des Ölhydraulikzylinders 4 eingesetzt wird.
Zur Änderung des Abnahmegrads werden die hydraulischen Servomotore 36-2 und 36-3 wie folgt betätigt: Zunächst wird über die Bedienungstafel 32 der gewünschte bzw. geänderte Abnahmegrad eingegeben. Die Eingabedaten werden über das Betriebssystem 33 zu einer dem Abnahmegrad entsprechenden Motordrehzahl umgerechnet, wobei ein als Ausgangsbefehl dienendes Signal an die Steuertafel 34 zur Steuerung des hydraulischen Servomotors ausgegeben wird. Die Steuertafel 34 ist mit der Antriebsvorrichtung 34 für den hydraulischen Servomotor zur Betätigung derselben verbunden.
Die Drehzahlen der hydraulischen Servomotore 36-2 und 36-3 werden durch Untersetzungsgetriebe zum Heben und Senken der Schneckenheber 24-3 und 24-4 für die Änderung des Abnahmegrads untersetzt. Anschließend wird die Drehung der vorgenannten Motore an der dem geänderten vorgegebenen Abnahmegrad entsprechenden Stelle unterbrochen. Zu diesem Zeitpunkt wird durch Rückmeldung der Drehzahlwerte über die Drehsensoren, die jeweils direkt mit dem zugehörigen Motor verbunden sind, und Vergleich mit der Befehlsgröße überprüft, ob die Drehzahl der jeweiligen Motore korrekt ist. Die Differenz zwischen der eingegebenen vorgegebenen Abnahmegröße und dem ausgeführten Abnahmegrad (effektiver Abnahmegrad an den Schneckenhebern) wird kompensiert.
Soll die Brammendicke geändert werden, so wird an der Bedienungstafel 32 eine Änderungsdicke gewählt und die Solldicke eingegeben. Die Verfahrensweise zum Ändern der Dicke ist die gleiche wie bei der Änderung des Abnahmegrads mit der Ausnahme, dass die anzutreibenden Elemente die Schneckenheber 24-1 und 24-2 zum Ändern der Brammendicke und der hydraulische Servomotor 36-1 mit Drehsensor sind.
In beiden Fällen ist es in wirtschaftlicher Hinsicht von Vorteil, zur Verringerung der Belastung und Leistung eines jeden Motors einen Sensor für die Erfassung des Verschiebegrads in jeden Ölhydraulikzylinder 4 für das Heben und Senken des oberen Rollensegmentrahmens über die Vor- und Rücklaufgeschwindigkeit eines jeden Schneckenhebers einzubauen.
Durch Änderung des Abnahmegrads unter Benutzung des/der vorerwähnten Reduzierblocks/Reduzierblöcke während des Reduziervorgangs wird das Stranggießen von Brammen unterschiedlicher Dicke ermöglicht.
Fig. 17 ist eine Darstellung derjenigen Situation, in welcher beim Einsatz der ersten bzw. zweiten dargestellten Maschinen der Abstand zwischen der Reduzierwalze am vorderen Ende des letzten Reduzierwalzenblocks und der auf der stromabwärtsseitig neben dieser Walze angeordneten Walze, der bei den in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten konventionellen Reduzierblöcken ein Problem darstellt, verbessert wird. Im Wege des Verfahrens für das Zusammenlegen dieser beiden Laufebenen lassen sich Fehlfluchtbeanspruchungen verringern, die beim Dickenreduzieren einer Bramme mit flüssigem Kern auftreten.
Im nachfolgenden Beispielabschnitt mit den Versuchen 1 bis 5 sind verschiedene Wirkungen der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.

Versuch 1

Es wurde eine Stahlqualität der aus Fig. 18 ersichtlichen Zusammensetzung verwendet (Überhitzung der Stahlschmelze im Zwischenbehälter: 30ºC). Bei der eingesetzten Maschine handelte es sich um eine Kreisbogen-Stranggießmaschine der in Fig. 4 dargestellten Art. Die Gießbedingungen zur Herstellung einer Dünnbramme waren wie folgt:

Kokillen-Innenmaße:

1.000 mm Breite auf der Langseite · 100 mm Breite auf der Schmalseite

Tragrollen:

110-190 mm Durchmesser - 150-300 mm Rollenteilung
Lage der Reduktionszone: zwischen 2.800 und 6.000 mm vom Meniskus der Stahlschmelze in der Kokille
Anzahl der Reduzierwalzenpaare: 15
Reduzierwalzenteilung: 185-227 mm
Spezifisches Wasserverhältnis der Sekundärkühlung: 4 ltr/(kg Stahl)
Die Reduktionsverhältnisse sind in Fig. 19 dargestellt.
In allen Fällen betrug der Gesamtabnahmegrad 30 mm, so dass eine 100 mm dicke Bramme auf 70 mm (Gesamtabnahme 30%) reduziert wurde.
Die Gießgeschwindigkeit lag bei 4,0 m/Min., so dass in sämtlichen Fällen der Enderstarrungspunkt nach dem Reduzieren auf der Stromabwärtsseite der letzten Reduzierwalze lag.
Wie aus Fig. 19 ersichtlich, wurde in dem dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung die Länge des Kumulativbeanspruchungsbereichs berücksichtigt. Damit wurde ein großer Teil der Abnahme auf die am weitesten stromaufwärts angeordnete Reduzierwalze (Walze Nr. 1) gelegt. Der Abnahmegrad wurde zur Stromabwärtsseite allmählich reduziert. Entsprechend lag in Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung der gleiche Abnahmegrad auf den beiden benachbarten Reduzierwalzen (Walzen Nr. 6 und 7). Andererseits lag im Vergleichsbeispiel 1 der gleiche Abnahmegrad auf den entsprechenden Reduzierwalzen ohne Berücksichtigung der Länge des Kumulativbeanspruchungsbereichs. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde entgegen dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ein geringer Abnahmegrad auf die am weitesten stromaufwärts angeordnete Reduzierwalze (Walze Nr. 1) gelegt und der Abnahmegrad in Stromabwärtsrichtung allmählich verringert. Die Ergebnisse sind in Fig. 20 zusammengefasst.
Fig. 20 ist ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchung, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung in Versuch 1 ersichtlich ist. Der schraffierte Bereich stellt die akkumulierte Beanspruchung der in Fig. 7 aufgezeigten Innenbeanspruchungen mit Ausnahme der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingten Beanspruchung dar. Wie aus Fig. 20 ersichtlich, sind die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern gemäß den Beispielen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung verursachten Beanspruchungen in dem von akkumulierten Beanspruchungen betroffenen Bereich nahezu gleichförmig und allgemein niedrig. Demgegenüber wies beim Vergleichsbeispiel 1 der Kumulativbeanspruchungsbereich, in dem die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachte maximale Beanspruchung anfällt, eine große Länge auf, wodurch hohe Beanspruchungsanteile auflaufen konnten. Im Vergleichsbeispiel 1 ist klar ersichtlich, dass ein den kritischen Wert übersteigender großer Teil der gesamten akkumulierten Beanspruchung erzeugt wurde. Aus dem gleichen Grund wurde beim Vergleichsbeispiel 2 ein hoher Anteil an gesamt akkumulierter Beanspruchung erzeugt und die kritische Größe überschritten.
Die Baumannsche Schwefelprobe von Querschnitten der so erhaltenen Brammenstücke ergab in den Dünnbrammenprüfstücken gemäß Beispiel 1 und 2 der vorliegenden Erfindung keinerlei Innenrisse. Für die Brammenprüflinge der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde die Bildung von Innenrissen bestätigt. Die Ergebnisse der Auswertung sind ebenfalls in Fig. 19 wiedergegeben. Das Symbol A bezeichnet, dass Innenrisse nicht entstanden waren, und das Symbol C das Vorhandensein von Innenrissen.
Weiter wurde das Verhältnis zwischen der Differenz im Abnahmegradgefälle der beiden benachbarten Walzen und dem Kohlenstoffgehalt der Stähle untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Entstehung von Innenrissen in einer Dünnbramme verhindert werden kann durch Reduzieren der Differenz im Abnahmegefälle um nicht mehr als 2% in dem Falle, wo eine Stahlqualität in der Zusammensetzung und mit der kritischen Beanspruchung gemäß Fig. 18 verarbeitet wird, und um nicht mehr als 5% im Falle der Verarbeitung von niedrig und niedrigst gekohlten Stählen, die sogar noch höhere kritische Beanspruchungen aufweisen.

Versuch 2

Es wurde eine Stahlqualität der aus Fig. 18 ersichtlichen Zusammensetzung verwendet (Überhitzung der Stahlschmelze im Zwischenbehälter: 30ºC). Bei der eingesetzten Maschine handelte es sich um eine Kreisbogen-Stranggießmaschine der in Fig. 9 dargestellten Art. Die Gießbedingungen zur Herstellung einer Dünnbramme waren wie folgt:

Kokillen-Innenmaße:

1.000 mm Breite auf der Langseite · 100 mm Breite auf der Schmalseite

Tragrollen:

110-190 mm Durchmesser - 150-300 mm Rollenteilung Lage der Reduktionszone: zwischen 2.800 und 6.000 mm vom Meniskus der Stahlschmelze in der Kokille
Anzahl der Reduzierwalzenpaare: 3
Anzahl der Ölhydraulikzylinder: Vier pro Reduzierwalzenblock (je 2 auf der Stromaufwärts- und 2 auf der Stromabwärtsseite) Anzahl der Reduzierwalzenpaare in einem Reduzierwalzenblock: 5
Reduzierwalzenteilung: 185-227 mm
Spezifisches Wasserverhältnis der Sekundärkühlung: 4 ltr/(kg Stahl)
Brammendicke, Gesamtabnahmegrad (Gesamtabnahme in %) und Gießgeschwindigkeit: wie für Versuch 1 angegeben.
Die Reduktionsverhältnisse sind in Fig. 21 dargestellt.
Wie aus Fig. 21 ersichtlich, wurde in dem dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung ein größerer Abnahmegrad auf die oberen Reduzierwalzenblöcke gelegt. Weiter wurde die Differenz im Abnahmegefälle zwischen zwei Reduzierwalzenblöcken bzw. zwischen dem letzten Reduzierwalzenblock und seiner stromabwärtsseitigen Rückbiegezone klein gehalten. Im Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung wurde der gleiche Abnahmegrad auf die Walzen der benachbarten zweiten und dritten Reduzierwalzenblöcke gelegt. Im Beispiel 5 wurde lediglich das mittlere Abnahmegefälle zwischen dem ersten und dem zweiten Reduzierwalzenblock größer als das der anderen Walzenblöcke vorgesehen. Andererseits wurde im Vergleichsbeispiel 3 der gleiche Abnahmegrad auf die Reduzierwalzen in den jeweiligen Reduzierwalzenblöcken gelegt. Die Ergebnisse sind in Fig. 22 zusammengefasst.
Fig. 22 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchung, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung zeigt. Der schraffierte Bereich stellt die akkumulierte Beanspruchung der in Fig. 7 ausgewiesenen Innenbeanspruchungen mit Ausnahme der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung dar. Wie aus Fig. 22 ersichtlich, sind die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern in den Beispielen 3 und 4 der vorliegenden Erfindung verursachten Beanspruchungen in dem von den akkumulierten Beanspruchungen betroffenen Bereich nahezu gleichförmig und allgemein niedrig. Im Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung wurde die Bramme infolge einer großen Differenz im mittleren Abnahmegefälle und der damit hervorgerufenen Beeinflussung von durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachter Beanspruchung gebogen. Die maximale gesamt akkumulierte Beanspruchung lag leicht über dem kritischen Wert. Damgegenüber wies im Vergleichsbeispiel 3 der Kumulativbeanspruchungsbereich, in dem durch das Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern bedingt eine maximale Beanspruchung erzeugt wird, eine große Länge auf, so dass sich große Beanspruchungsanteile ansammeln konnten.
Die Baumannsche Schwefelprobe von Querschnitten der so erhaltenen Brammenstücke ergab in den Dünnbrammenprüfstücken gemäß Beispiel 3 und 4 der vorliegenden Erfindung keinerlei Innenrisse. In dem Brammenprüfling des Vergleichsbeispiels 5 der vorliegenden Erfindung wurden kleinere Innenrisse festgestellt. In Beispiel 3 wurde die Bildung von Innenrissen bestätigt. Die Ergebnisse der Auswertung sind ebenfalls in, Fig. 21 wiedergegeben. Das Symbol A bezeichnet, dass Innenrisse nicht entstanden waren, das Symbol B die Bildung von Innenrissen in kleiner Anzahl und das Symbol C das Vorhandensein von Innenrissen in beträchtlicher Anzahl.
Weiter wurde das Verhältnis zwischen der Differenz im Abnahmegefälle der beiden benachbarten Walzen und dem Kohlenstoffgehalt der Stähle untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Entstehung von Innenrissen in einer Dünnbramme verhindert werden kann durch Reduzieren der Differenz im Abnahmegefälle um nicht mehr als 2% in dem Falle, wo eine Stahlqualität in der Zusammensetzung und mit der kritischen Beanspruchung gemäß Fig. 18 verarbeitet wird, und um nicht mehr als 5% im Falle der Verarbeitung von niedrig und niedrigst gekohlten Stählen, die sogar noch höhere kritische Beanspruchungen aufweisen.

Versuch 3

Es wurde eine Stahlqualität der in Fig. 18 dargestellten Zusammensetzung verwendet (Überhitzung der Stahlschmelze im Zwischenbehälter: 30ºC). Bei der eingesetzten Maschine handelte es sich um eine Kreisbogen-Stranggießmaschine der in Fig. 4 dargestellten Art. Die Reduzierwalzen waren in einem Kreisbogen mit einem bestimmten Krümmungsradius (R = 3,5 m) angeordnet. Die Reduzierung wurde in der Biegezone eingeleitet. Die Gießbedingungen zur Herstellung einer Dünnbramme waren mit Ausnahme der Reduzierverhältnisse und des Gesamtabnahmeverhältnisses in % die gleichen wie beim Versuch 1. Die Reduzierbedingungen sind in Fig. 23 aufgeführt.
Die in Fig. 23 dargestellten Beispiele 6 und 8 der vorliegenden Erfindung wurden unter den gleichen Bedingungen wie die Beispiele 1 bzw. 3 ausgeführt. Die Beispiele 7 und 9 der vorliegenden Erfindung folgten einem Reduktionsmuster, das dem Muster gemäß Beispiel 1 bzw. 3 ähnelte. In diesem Beispielen wurde der Reduziervorgang von der Biegezone aus eingeleitet. Die Ergebnisse sind in Fig. 24 zusammengefasst.
Fig. 24 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der insgesamt akkumulierten Beanspruchung, dem Abstand vom Meniskus und der kritischen Beanspruchung zeigt. Der schraffierte Bereich veranschaulicht die akkumulierte Beanspruchung der in Fig. 7 wiedergegebenen Innenbeanspruchungen mit Ausnahme der durch Reduzieren eine Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung. Wie aus Fig. 24 ersichtlich, wurden die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern gemäß den Beispielen 6 und 8 der vorliegenden Erfindung verursachten Beanspruchungen hinzugefügt dergestalt, dass der Kumulativbeanspruchungsbereich, in dem vor dem Reduzieren die maximale akkumulierte Beanspruchung vorhanden war, umgangen wurde. Weiter wurde selbst in dem Bereich, wo die der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern zuzuschreibende Beanspruchung hinzugefügt wurde, die maximal aufgelaufene Beanspruchung vor dem Reduzieren nicht überschritten. In den Beispielen 7 und 9 der vorliegenden Erfindung befanden sich die Walzen, an denen die Reduzierung eingeleitet wurde, im Innern der Biegezone. Deshalb wird die durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachte Beanspruchung dem Bereich mit der akkumulierten Biegebeanspruchung zugeschlagen, wo die maximale akkumulierte Beanspruchung vor dem Reduzieren vorhanden war, wodurch die maximal aufgelaufene Beanspruchung erhöht wurde. Da hier jedoch ein ähnliches Reduktionsmuster wie in den Beispielen 1 und 3 zur Anwendung kam, wurde in den Beispielen 7 und 9 der vorliegenden Erfindung die kritische Beanspruchung durch eine maximal akkumulierte Beanspruchung nicht überschritten.
Die Baumannsche Schwefelprobe von Querschnitten der so erhaltenen Brammenstücke ergab in den Dünnbrammenprüfstücken gemäß Beispiel 6 und 8 der vorliegenden Erfindung keinerlei Innenrisse. In den Brammenprüflingen der Beispiele 7 und 9 der vorliegenden Erfindung wurde ein geringer Anteil an sehr kleinen Innenrissen festgestellt, die keinen nachteiligen Einfluss auf die Produktqualität hatten. Der Grund hierfür ist der, dass die kritische Beanspruchung durch Zuschlag eines sehr geringen Anteils unvermeidbarer und quantitativ nur schwer zu bestimmender Fehlfluchtbeanspruchung leicht überschritten wurde, obgleich die Biegebeanspruchung und die durch Reduzieren eine Strangs mit flüssigem Kern verursachte akkumulierte Beanspruchung nicht größer als die kritische Beanspruchung war. Die Ergebnisse der Auswertung sind ebenfalls in Fig. 23 wiedergegeben. Das Symbol A bezeichnet, dass Innenrisse nicht entstanden waren, und das Symbol A' das Vorhandensein von sehr feinen Innenrissen, die keinen nachteiligen Einfluss auf die Produktqualität haben.

Versuch 4

Die Gießgeschwindigkeit, die Anordnung von Sekundärkühlungssprühgruppen und die Stahlqualität waren die gleichen wie in den Beispielen 1 und 3 der vorliegenden Erfindung im Versuch 1. Die Brammen der Vergleichsbeispiele 4, 5, 6 und 7 wurden unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen gegossen.
Im Vergleichsbeispiel 4 stellten die eingesetzten Reduzierwalzen bzw. Reduzierwalzenblöcke, die Walzenteilung und der Abnahmegrad eine Abwandlung des Beispiels 1 dar, was bedeutet, dass die Walze Nr. 15 aus Beispiel 1 weggelassen wurde (so dass also nur 14 Reduzierwalzenpaare vorgesehen waren). Der Abstand zwischen der Walze Nr. 11 und der Walze Nr. 14 war der gleiche wie der Abstand von Walze Nr. 11 bis Walze Nr. 15 in Beispiel 1. Die Walzenteilung war mit 276 mm konstant. Die von den Walzenpaaren erzielten Abnahmegrade waren die Gleichen wie die der Reduzierwalzen Nr. 11 bis 15 im Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Die Gesamtabnahme war jedoch um den Abnahmegrad der Reduzierwalze Nr. 15, d. h. um 0,11 mm, geringer als im Beispiel 1.
Ähnlich wurde im Vergleichsbeispiel 5 die Walze Nr. 15 des dritten Reduzierwalzenblocks im Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung weggelassen (wodurch lediglich 4 Reduzierwalzenpaare im dritten Reduzierwalzenblock vorhanden waren). Der Abstand zwischen der Walze Nr. 11 und der Walze Nr. 14 im dritten Reduzierwalzenblock war der Gleiche wie im Beispiel 3. Die Walzenteilung war konstant 276 mm. Der Abnahmegrad eines jeden Walzenpaars betrug 1,25 mm. Die Bedingungen für den ersten bis zweiten Reduzierwalzenblock, die Gesamtabnahme und das mittlere Abnahmegefälle des dritten Reduzierwalzenblocks waren die Gleichen wie im Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
Entsprechend waren auch in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 die Bedingungen gleich denen in Beispiel 1 bzw. 3.
Das spezifische Wasserverhältnis (ltr/(kg Stahl)) der Sekundärkühlung betrug 3,8 bei den Vergleichsbeispielen 4 und 5, 1,2 beim Vergleichsbeispiel 6 und 1,1 beim Vergleichsbeispiel 7.
Bei den Vergleichsbeispielen 4 und 5 wurde festgestellt, dass viele Innenrisse von großer Länge und Breite in der Bramme nach dem Gießen entstanden waren. Bei den Vergleichsbeispielen 6 und 7 wurde sehr feine Innenrisse vorgefunden.
Es wurde die akkumulierte Beanspruchung errechnet. Die maximalen Ausbauchbeanspruchungen betrugen in der Position (2/3)-L (L = die metallurgische Maschinenlänge) vom Meniskus der Stahlschmelze 1,4% in den Vergleichsbeispielen 4 und 5 sowie 0,8% in den Vergleichsbeispielen 6 und 7. In den Vergleichsbeispielen 4, 5, 6 und 7 lagen die maximalen insgesamt akkumulierten Beanspruchungen bei 1,6%, 1,7%, 1% bzw. 1,1%.
Wie aus Fig. 20 vorhersehbar, beweisen die vorstehenden Ergebnisse, dass eine Zunahme der Walzenteilung und Verringerung des spezifischen Wasserverhältnisses zu einer beträchtlichen Erhöhung der Ausbauchbeanspruchung führte, dass die Maximalgröße der gesamten akkumulierten Beanspruchung den kritischen Wert überschritt und dass die Bildung von Innenrissen nicht vermieden werden kann.

Versuch 5

In den Bogenabschnitt (Krümmungsradius R = 3,5 m) einer Stranggießmaschine wurde ein Reduzierwalzenblock wie in Fig. 15 und Fig. 16 dargestellt eingebaut. Durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern unter den nachfolgenden Bedingungen wurde eine Dünnbramme hergestellt. Anschließend wurde ein Versuch durchgeführt zwecks Feststellung, ob die Dicke eines Dünnbrammenprodukts sowie die Schmalseitenbreite der Kokille während des Gießens verändert werden könnten.
Stahlqualität: Stahl gemäß Fig. 18
Überhitzung der Stahlschmelze im Zwischenbehälter: 30ºC

Kokillen-Innenmaße:

1.000 mm Breite auf der Langseite · 100 mm Breite auf der Schmalseite

Tragrollen:

110-190 mm Durchmesser - Rollenteilung 150-250 mm Anzahl der Reduzierwalzenpaare in einen Reduzierwalzenblock: 5
Teilung der Reduzierwalzen: 185-227 mm
Spezifisches Wasserverhältnis der Sekundärkühlung: 4 ltr/(kg Stahl)
Gießgeschwindigkeit: 3,5 m/Min
Brammendicke: 100 mm (Gesamtabnahme: 25 mm)
Reduzierbedingungen: Der Abnahmegrad pro Walzenpaar in jedem Reduzierblock würde durch gleiches Unterteilen der Gesamtabnahme (5 mm) bestimmt.
Die oberen Reduzierwalzen waren so angeordnet, dass sie während des Reduziervorgangs den unteren Reduzierwalzen in der Brammenlaufebene direkt gegenüber lagen.
Fig. 25 ist ein Diagramm, das die Abweichung der Brammenlaufebene von der Laufebene vor dem Reduzieren bei den vorbeschriebenen Einstellungen aufzeigt. Wie aus Fig. 25 ersichtlich, war die Abweichung sehr gering.
Fig. 26(a) bis Fig. 26(d) sind Diagramme einer Anzahl unterschiedlicher Stranggießverfahren, die auf den dargestellten Maschinen gefahren werden können. Fig. 26(a) zeigt eine im Wege eines konventionellen Gießverfahrens hergestellte Bramme von gleichförmiger Dicke, Fig. 27(b) eine Bramme von durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern reduzierter Dicke (Einfachgießen), Fig. 26(c) einen Fall, in dem die Produktdicke während des Gießens unter Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern geändert wurde, und Fig. 26(d) einen Fall, wo die Dicke der Kokille während des Stranggießprozesses verändert wurde.
Wie vorbeschrieben lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Stranggießverfahren die gesamte akkumulierte Beanspruchung durch Verringerung der durch Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern verursachten Beanspruchung und der Ausbauchbeanspruchung unterdrücken. Deshalb können selbst beim Reduzieren eines Strangs mit flüssigem Kern unter Hochgeschwindigkeits-Gießbedingungen Dünnbrammen mit minimiertem Innenrissbefall hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer dünnen Platte für einen warmgewalzten Bandring, welches einen Reduzierschritt umfaßt, der durch eine Vielzahl von Paaren von Reduzierwalzen durchgeführt wird, von denen jedes Paar eine Reduzierung bewirken kann, wobei die Dicke einer Platte mit flüssigem Kern eine flüssige plus feste Phase aufweist, nachdem die Platte aus einer Form gezogen wird, während die Platte durch Tragwalzen getragen wird und kontinuierlich gezogen wird, und die Dicke der Platte am Auslaß der Form 70- 150 mm beträgt, die Gießgeschwindigkeit 2,5-6 m/min beträgt, der Abstand der die Platte tragenden Walzen und der Reduzierwalzen 100-250 mm beträgt, und das spezifische Wasserverhältnis bei der Sekundärkühlung 1,5-4, 5 l/(kg Stahl) beträgt, und die Vielzahl von Paaren von Reduzierwalzen zwischen einer Stelle unmittelbar unter der Form und dem Punkt des vollständigen Erstarrens angeordnet ist, und das Ausmaß der Reduzierung Pk für jedes Paar von Reduzierwalzen, welches durch das Ausmaß der Reduzierung (in mm) von der vorhergehenden Reduzierwalze definiert wird, der folgenden Bedingung genügt:

P&sub1; ≥ P&sub2; ≥ P&sub3; ≥ --- ≥ Pk.

mit Ausnahme des Falls, in welchem die Ausmaße der Reduzierung einander gleich sind, wobei k die Nummer ist, die jedem Paar von Reduzierwalzen zugeordnet ist, so daß das Ausmaß der Reduzierung, die durch eine stromaufwärts gelegene Reduzierwalze bewirkt wird, so gesteuert wird, daß es nicht kleiner ist als das Ausmaß der Reduzierung, das durch eine stromabwärts gelegene Reduzierwalze bewirkt wird, zur Vermeidung von Spannungen aufgrund der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern.

2. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer dünnen Platte für einen warmgewalzten Bandring, welches einen Reduzierschritt umfaßt, der durch eine Vielzahl von Paaren von Reduzierwalzenblöcken durchgeführt wird, von denen jedes Blockpaar eine Vielzahl von Walzenpaaren aufweist, welche eine Reduzierung bewirken können, wobei die Dicke einer Platte mit flüssigem Kern eine flüssige plus feste Phase aufweist, nachdem die Platte aus einer Form gezogen wird, während die Platte durch Tragwalzen getragen und kontinuierlich gezogen wird, wobei die Dicke der Platte am Auslaß der Form 70-150 mm beträgt, die Gießgeschwindigkeit 2,5-6 m/min beträgt, der Abstand der die Platte tragenden Walzen und der Reduzierwalzen 100-250 mm beträgt, und das spezifische Wasserverhältnis bei der Sekundärkühlung 1,5-4,5 l/(kg Stahl) beträgt, und die Vielzahl von Paaren von Reduzierwalzenblöcken zwischen einem Ort unmittelbar unter der Form und dem Punkt des vollständigen Erstarrens angeordnet sind, und das Ausmaß der Reduzierung der Walzenblöcke, Pi,j(i), das definiert wird durch das Ausmaß der Reduzierung (mm) von der vorhergehenden Reduzierwalze im gleichen Reduzierwalzenblock den folgenden Bedingungen genügt:

für einen ersten Block: P1,1(1) = P1,1(2) = -- P1,j-1(1)

für einen zweiten Block: P2,1(2) = P2,2(2) = --- P2,j-1(2)

...

für einen i-ten Block: Pi,1(i) = Pi,1(i) = --- Pi,j-1(i) = Pi,j(i)

und außerdem, P1,1(1) ≥ P2,1(2) ≥ --- ≥ Pi1(i),

mit Ausnahme des Falls, in welchem die Ausmaße der Reduzierung einander gleich sind, wobei i die Nummer ist, die jedem Paar von Reduzierwalzenblöcken zugeordnet ist, und j(i) die Anzahl von Paaren von Reduzierwalzen in einem i- ten Reduzierwalzenblock ist, so daß jedes Walzenpaar im gleichen Reduzierwalzenblock das gleiche Ausmaß der Reduzierung bewirkt, so daß der stromaufwärts gelegene Reduzierwalzenblock so gesteuert wird, daß es nicht kleiner wird als das Ausmaß der Reduzierung, das durch einen stromabwärts gelegenen Reduzierwalzenblock bewirkt wird, und daß die mittlere Differenz der Reduzierneigung (Ri - Ri + 1) vermindert wird, wobei

Ri(%) = Pi,n/Lai) · 100 (1)

ist, und Lai ist die Länge eines Blocks (mm) des i-ten Reduzierwalzenblocks zur Vermeidung von Spannungen aufgrund der Reduzierung eines Strangs mit flüssigem Kern.

3. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer dünnen Platte für einen warmgewalzten Bandring gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein kontinuierlicher Gießer mit einem gekrümmten Abschnitt zur Reduzierung der Dicke einer Platte mit flüssigem Kern mit einer flüssigen plus festen Phase verwendet wird, und die Reduzierung innerhalb eines Kreisbogens mit einem bestimmten Krümmungsradius durchgeführt wird.