EP0734295B2 - Verfahren zur erzeugung von dünnbrammen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießanlage und ein Verfahren zum Erzeugen von Dünnbrammen.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, flache Tauchausgüsse zu verwenden, z.B. aus DE 37 09 188 A1. Desweiteren sind hydraulisch angetriebene Hubtische üblich, die es erlauben, Hubhöhe, Frequenz und Form der Oszillation durch Abweichen von der Sinusschwingung selbst während des Gießens zu verändern und optimal zu wählen. Bombierte Kokillen sind beispielsweise der DE 41 31 829 A1 und DE 37 24 628 C1 zu entnehmen. Das Gießwalzen, bei dem während der Erstarrung die Gießdicke so reduziert wird, daß eine verbesserte Innenqualität des Stranges erhalten wird, ist u.a. aus der DE 38 18 077 A1 bekannt.

Eine Auswertung des Standes der Technik hat ergeben, daß das Ziel Dünnstränge zu erzeugen, die Lösung komplexer Probleme erfordert und daß die Gesamtheit der beeinflußbaren Variablen über die gesamte Stranggießanlage gesehen so groß ist, daß die Kenntnisse des Durchschnittsfachmannes bei weitem nicht ausreichen und es ihm auch nicht zuzumuten ist, hierfür aus der Vielzahl der möglichen mehr oder weniger brauchbaren Lösungen eine zu finden, die bei gerinstmöglichem Aufwand zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führt.

Aus der WO-A-8801209 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen von Brammen bekannt, bei der unter Beibehaltung der Querschnittsform der Eingießseite der Kokille über die gesamte Kokillenlänge die Strangschale des Mittenbereiches des aus der Kokille austretenden Stranges durch unmittelbar der Kokille nachgeordnete Stütz-und Führungsmittel verformt wird, und zwar in der Weise, daß sie nach dem Durchgang durch die Verformungsstrecke in der Ebene der Brammenoberfläche des Kantenbereiches liegt.

Schließlich sei noch auf die DE-Schrift "Stahl und Eisen" (1989, 16.Mai. Nr.9/10, Seiten 453-462) verwiesen. Hieraus ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen und Gießwalzen dünner Brammen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es möglich macht, eine vorgegebene Dicke des Dünnstranges dadurch zu erreichen, daß optimale Bedingungen bei der Schlackenversorgung sowie bei der Strangdickenreduzierung schon in der Kokille sowie im Führungsgerüst beim Gießwalzen erzielt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 Vorteilhafte, nicht platt selbstverständliche Weiterbildungen enthalten die Unteransprüche. Die Lösung der Aufgabe ist unabhängig vom Kokillentyp; wie z.B. der Senkrecht-, Senkrechtabbiege- oder Kreisbogenkokille.

Die Figuren dienen zur Veranschaulichung der folgenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1:

Darstellung der Gießbedingungen in der Kokille

Fig. 2:

Technischer Aufwand für gleichbleibende Oberflächenqualität und Gießleistung in Abhängigkeit der Brammendicke bezogen auf eine 200 mm dicke Bramme x 1.000 mm Breite

Fig. 3.1-3.3:

Technischer Aufwand für gleichbleibende Oberflächenqualität und Brammendicke in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit bezogen auf eine 200 mm dicke Bramme x 1.000 mm Breite

Fig. 4:

Hydraulisches Verhalten des Stahles in der Kokille in Abhängigkeit von der Brammendicke bezogen auf eine 200 mm dicke Bramme x 1.000 mm Breite

Fig. 5:

Stranggießanlage

Im Rahmen der Erarbeitung der Erfindung durchgeführte Versuche haben ergeben, daß die Oberflächenqualität eines Stranges im wesentlichen von der Schlackenführung abhängt. Hierfür ist der Meniskus, d.h. das Zusammenspiel der Schlackenhöhe (h_Schlacke) und der aus dem Bad beim Hochschnellen der Kokille heraustretenden Strangschale (h_Strangschale) verantwortlich (Fig. 1).

Es hat sich ergeben, daß für eine optimale Schmierung und die Vermeidung von Oberflächenfehlern (unmittelbar unter der Strangoberfläche befindliche Gießpulverteilchen, vorwiegend in Form von Oxiden) das Kriterium hSchlacke ≥ hStrangschale erfüllt sein muß.

Die Schlackenhöhe h_Schlacke ist überwiegend von der Dicke des Kokilleneintrittsquerschnitts und die Strangschalenhöhe h_Strangschale von der Hubhöhe der oszillierenden Kokille abhängig.

Betrachtet man die Größe h_Schlacke und ihre Abhängigkeit von der Dicke des Kokilleneintrittsquerschnitts, so zeigt die Beziehung Handicap = produzierte Strangoberfläche Badoberfläche in m2 / min x 1 / m2 , die auch als technische Bemühungen, die in das System eingebracht werden muß, bezeichnet werden kann, in unerwarteter Weise folgendes Ergebnis:

Vergleicht man für eine vorgegebene Gießleistung von 2.736 t/min die gebräuchliche 200 mm-Bramme mit einer 50 mm-Bramme und setzt sie in Relation (2) für die 200 mm-Bramme gleich 1, so steigt dieser Wert für die 50 mm-Bramme auf 16.62, wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist. D.h., die Relation (2) ist umgekehrt proportional zur abnehmenden Strangdicke, wobei die Abhängigkeit einer Exponentialkurve folgt.

Dieser Zusammenhang zwischen der Dicke im Gießspiegel (19) und der spezifischen Schlackenproduktion und damit der Schlackenhöhe (4) im Meniskus führt auch zu der Notwendigkeit, daß die aktive Gießpulverdicke über die gesamte Gießbeite und damit auch im Bereich des Tauchausgusses konstant zu halten ist.

Die konstante Dicke führt zu einer konstanten Gießschlackenbildung über die Gießspiegelbreite und damit zu einer konstanten Schlackenversorgung im Bereich des Meniskus der gesamten sich kontinuierlich neu bildenden Strangschale (3). Diese konstante. Schlackenbildung aus Gießpulver oder Granulat (5) über die Gießbreite vermeidet die Gefahr einer Mangelschmierung zwischen dem Tauchausguß und den Kupfer-Breitseitenplatten. Diese Gefahr besteht, da die Gießschlacke eine glasige Struktur (Silikat-Struktur) mit einem viskosen Verhalten von ca. 0,5-10 poise aufweist. Durch ihre Zähigkeit kann es zu einer über die Strangbreite gesehen relativen Mangelschmierung im Bereich zwischen Tauchausguß und der Kokillenbreitseite im Vergleich zum restlichen Kokillenbereich im Gießspiegel kommen, wenn der jeweilige Abstand zwischen Tauchausguß und Kokillenbreitseiten kleiner ist als die halbe Strangdicke am Kokillenaustritt.

Betrachtet man dagegen wie sich bei einer festgelegten Gießdicke die Relation (2) bei einer Erhöhung der Gießgeschwindigkeit verändert, wie es in Fig. 3 für eine 75/100 und 125 mm-Kokille dargestellt ist, so stellt man fest, daß diese nur linear - mit einer geringen Steigung der Geraden - zunimmt.

Von erheblichem Einfluß auf die Relation (1) ist die durch das Einströmen des Metalls in die Kokille entstehende Turbulenz, die sich häufig bis zum Badspiegel fortsetzt und zu Wellenbewegungen führen kann, wobei die Wellenberge sich über den Schlackenspiegel hinaus erheben können, was zu einer Unterbrechung in der Schmierung führt. Diese Turbulenz ist u.a. abhängig vom Durchsatz und der Dicke und Breite der Kokille am Tauchrohraustrittsquerschnitt. Als ein Maß für die Turbulenz wird nunmehr das hydraulische Verhalten als Quotient von Durchsatz und Dicke definiert und kann mit folgendem Ausdruck dargestellt werden: Hydraulisches Verhalten = Durchsatz in t/min Dicke in mm

Werte für das hydraulische Verhalten, bezogen auf die 200 mm dicke Bramme, sind beispielsweise der Fig. 4 zu entnehmen. Es zeigt sich, daß größere Kokillendicken ein deutlich günstigeres hydraulisches Verhalten zur Folge haben.

Von Bedeutung bezüglich der Turbulenz ist auch die Relation FST FTA ≤ 50 wobei

F_TA = Querschnittsfläche des Tauchausgußaustritts

F_ST = Strangquerschnitt der durcherstarrten Bramme

Außerdem kann eine elektromagnetische Bremse im Kokillenbereich die Turbulenz im Gießspiegelbereich deutlich verringern.

Aus den oben aufgestellten und durch Messungen verifizierten Relationen folgt, daß die Verringerung bei der Wahl der Brammendicke am Kokillenaustritt von z.B. 100 mm auf 50 mm und darüber hinaus bei einer Rechteckkokille die Probleme bei der Einhaltung der Relation (1) außerordentlich erhöht. D.h., abgesehen von den Schwierigkeiten bei der Metallzufuhr wird es nahezu unmöglich, auf den geringen Kokilleneintrittsquerschnitt ausreichend Gießpulver aufzubringen, um die entstehende enorm große Strangoberfläche zu schmieren und darüber hinaus die Relation (4) einzustellen. Dagegen läßt sich die Gießgeschwindigkeit bei einer Strangdicke von z.B. 100 mm im Gießspiegel ohne sonderlichen Mehraufwand beträchtlich erhöhen. Das führt zu der überraschenden Lösung, daß es im Bereich des Dünnbrammengießens nicht sinnvoll ist, unbedingt schon am Kokillenaustritt die Brammendicke zu erreichen sondern daß es technisch wesentlich einfacher ist, die Brammendicke, wie sie dem Walzwerk zugeführt wird, darüber hinaus mit Hilfe eines Gießwalzschrittes weiter zu reduzieren und letztlich zu erreichen, wofür sich ein Vielrollengerüst (Segment 0), z.B. ausgebildet als Zangensegment, als vorteilhaft erwiesen hat.

Aus Fig. 5 ist beispielhaft eine Stranggießanlage zu entnehmen, die sämtliche Enfindungsmerkmale enthält.

Bezugszeichenliste

1

Q_Gießpulver

2

Pulver T_li, Phasengrenze Pulver/Schlacke

3

h_Strangschale,
Höhe Strangschale über Badspiegel

4

h_Schlacke,
Schlackenhöhe

5

h_Pulver,
Pulverhöhe

6

Tauchausguß

7

Ablagerung

8

Oxidstrom in die Schlacke

9

V_g = Gießgeschwindigkeit

10

Q_Schlacke = Schlackenverbrauch

11

Luft

12

Kristallisationsgrenze,
Stahl fest/flüssig

13

Strangschale

14

Oszillation (Hubhöhe, Frequenz, Form)

15

Kupferplatte

16

Verteiler

17

Tauchausguß
Außenmaß z.B. 260 x 60 mm
Innenmaß z.B. 220 x 20 mm

18

optimiertes Gießpulver

19

75 + 2 x 12 mm x 800 - 1.600 mm,
Brammenformat im Gießspiegel (Meniskus)

20

20 x 220 mm,
Fließquerschnitt - Tauchausguß

21

hydraulischer Kokillenantrieb

22

F_ST/F_TA ≤ 50*)

23

75 + 2 x 0,5 mm oder 75 mm,
Brammenformat am Kokillenaustritt

24

Gelenk oder hydraulischer Zylinder oder ähnliches

25

Segment 0, z.B. als Zange ausgebildet

26

hydraulischer Zylinder oder ähnliches

27

50 + 2 x 0,5 mm oder 50 mm,
Brammendicke nach dem Gießwalzvorgang

28

Segment 1 ... n mit hydraulischer Anstellung oder ähnliches

29

V_gmax 6 m/min

30

50 + 2 x 0,5 mm oder 50 mm,
Brammendicke am Ende der Strangführung

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen von Dünnbrammen, das folgende Schritte umfaßt,

   Gießen mittels eines Tauchausgusses in eine bombierte, oszillierende Kokille wobei der Kokilleneintrittsquer-

   )

   F_ST = Querschnitt des Tauchausgußaustrittes

   F_TA = Strangquerschnitt der durcherstarrten Bramme

   schnitt größer ist als der Kokillenaustrittsquerschnitt, unter Einhaltung der Bedingung für den Tauchausguß und Erstorrungsquerschnitt FST FTA ≤ 50 mit

   F_ST = Strangquerschnitt der durcherstarrten Bramme

   F_TA = Querschnitt des Tauchausguß-Austrittes

   Zuführen des Gießpulvers auf die Metallschmelze derart, daß die Bedingung hSchlacke ≥ hStrangschale mit

   h_Strangschale = Höhe Strangschale über Badspiegel (3)

   h_Schlacke = Schlackenhöhe (4)

   abhängig von der Oszillationshöhe, Form und Frequenz der Kokillenbewegung eingehalten wird,

   Reduzieren des Strangquerschnittes unmittelbar unterhalb der Kokille in mehreren Schritten in einem Vielrollengerüst, um parallel zur kontinuierlichen Strangdickenreduzierung im noch flüssigen Stranginneren eine Zwangskonvektion aufzubauen, die der Wirkung des elektromagnetischen Rührens entspricht, wobei die Enddicke des Stranges bei noch flüssigem Kern am Ende des Vielrollengerüstes erreicht wird und

   Führen der Erstarrung derart, daß bei Erreichen der Enddicke am Ausgang des Vielrollengerüstes im Stranginneren noch zwei Phasen Vorliegen wobei
   das Gießpulver in der Weise zugeführt wird, daß über die gesamte Brammenbreite die aktive Gießpulverdicke im Badspiegel, die mit Gießpulver vorher bedeckt und die für die Erschmelzung der Gießschlacke relevant ist, konstant ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daßselbst während des Gießens die Frequenz, Hubhöhe und Oszillationsform für die Kokillenbewegung frei wählbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille so ausgeführt ist, daß der Strang am Kokillenaustritt eine Restbombierung symmetrisch zur Strangmittenachse erhält, die in der Dicke weniger als 4% der Enddicke beträgt.

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