EP0834364A2 - Verfahren und Vorrichtung für Hochgeschwindigkeits-Stranggiessanlagen mit einer Strangdickenreduktion während der Erstarrung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für Hochgeschwindigkeits-Stranggiessanlagen mit einer Strangdickenreduktion während der Erstarrung Download PDF

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EP0834364A2
EP0834364A2 EP97116428A EP97116428A EP0834364A2 EP 0834364 A2 EP0834364 A2 EP 0834364A2 EP 97116428 A EP97116428 A EP 97116428A EP 97116428 A EP97116428 A EP 97116428A EP 0834364 A2 EP0834364 A2 EP 0834364A2
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EP
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strand
reduction
thickness
segment
casting
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Fritz-Peter Prof. Dr. Pleschiutschnigg
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SMS Siemag AG
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1206—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for plastic shaping of strands

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Continuous caster for the production of strands, their cross section is reduced during solidification.
  • the strands on such high speed equipment generally with a solidification thickness between 18 and 450 mm and casting speeds up to a maximum of 12 m / min e.g. on plants for casting slabs, blooms and sticks with a square or round profile, one of which Reduction of the strand cross-section, preferably in the thickness direction made after it emerged from the mold during solidification becomes.
  • So z. B a thin slab with a thickness of, for example, 65 to 40 mm in segment 0, which is located directly under the mold, reduced.
  • This strand thickness reduction by 25 mm or 38.5% can qualitatively disadvantageous for certain steel grades sensitive to internal cracks be.
  • the inner strand deformation can be caused by the Strand thickness reduction or also called casting rolls, for the trigger of internal cracks because of the critical deformation of the material liquid / solid on the inner strand shell, but also on the outer Strand shell is exceeded.
  • This example is based on a 2 m long arc segment 0, that no bending work or bending deformation in the strand shell brings in.
  • the forming speed of the strand shell when Casting rolls during solidification which is a measure of the strand deformation represents 1.25 mm / s with a casting speed of 6 m / min. This value of the forming speed increases with a casting speed increase to z. B. 10 m / min to 2.08 mm / s, which makes it very critical.
  • Such alone internal deformation caused by the casting rolling not just for the deep-drawn steel grades, which are relatively insensitive against internal information, but especially for sensitive ones Steels like microalloyed APX - 80 grades critical.
  • the deformation caused by casting rolling can also in vertical turning systems, where normally in Segment under the mold also bends the strand takes place, still by the bending deformation introduced into the strand greatly exaggerate, increasing the risk of exceeding the critical deformation and thus the crack formation increased again becomes.
  • the description of the invention is based on an example Thin slab with a thickness of 100 mm at the mold outlet and a solidification thickness of 80 mm.
  • the invention now proposes one Type of distribution and implementation of strand thickness reduction during the solidification of the thin slab in the strand guide frame for the exemplary casting speeds of 6 and 10 m / min before.
  • Tables 1 and 1.1 are the essential process and device data contrasted the invention with the prior art.
  • Table 1 provides the data for casting speeds of 6 m / min and Table 1.1 for speeds of 10 m / min represents.
  • FIGS 1 to 7 illustrate the invention in detail in comparison the state of the art.
  • the pure melting phase or penetration zone is in the range of segment 0, in which a strand thickness reduction or casting rolling of 2 x 10 mm or 20 mm and no more in the following segments 1 to 13, - Description of the state of the art (Image 1) -, or of 2 x 5 mm or 10 mm, casting rolls, and another 10 mm in the following segments 1 to 13, "soft reduction", part of the invention (Photo 2).
  • the reduction in strand thickness in the segment 0, the z. B. as pliers segment with two clamping devices, e.g. B. hydraulic cylinders (14), formed at the segment exit is linear over a length of 3 m; the reduction in the area of segments 1 - 13, but also across all segments, both linear and non-linear, i.e. for example following a square root.
  • the strand thickness reduction of 10 mm in the segments 1-13 "soft reduction" - linear distribution.
  • FIG. 4 schematically represents the situation of a Strands with a thickness in the mold of 100 mm and a solidification thickness of 80 mm for the casting speeds VG of 6 m / min, Figure 3, and of 10 m / min, Figure 4 compared.
  • the strand thickness reduction is 6 m / min from Z. B. 10 mm in segment 0 and of the remaining 10 mm in the Segments 1 to 8, corresponding to the shorter solidification path, performed. So the lowest liquidus point (1.2) is at already about 1.8 m and the swamp tip (2.2) at about 18.12 m.
  • the picture 4 in Figure 4 shows the situation of the strand like Figure 2 in Figure 1 at a casting speed of VG 10 m / min.
  • FIG. 5 shows the effect of a distribution of the strand thickness reduction in segment 0 and in segments 1 to 13 in the sense of Invention ( Figure 6) using the example of a vertical bending machine, FIG. 6, compared to the prior art (FIG. 5), on the inner strand deformation, caused by the bending deformations and the strand thickness reduction, depending on the strand guide for the maximum casting speed of, for example, 10 m / min shown.
  • Vg-10 maximum casting speed
  • the strand undergoes a further increase in the internal deformation (D) due to the deformation (DR) when it bends back in segment 4 from the inner circular arc into the horizontal, which, however, cannot become critical since the number of back bending points at design the system is selected so that the rebending process at maximum casting speed cannot trigger any critical internal deformation in the strand shell of the most crack-sensitive steel grade.
  • D internal deformation
  • DR deformation
  • Figure 6 in Figure 5 shows the procedural features the invention using the example of a vertical turning system, Figure 6, schematically.
  • the inner deformation (D) of the strand shell (3) is never in a moment of solidification, H. from the mold exit critical to the end of scaffold 13. This is due to the distribution the total strand thickness reduction from 20 mm to, for example 10 mm in segment 0 (D-Gw) and 10 mm in frames 1 to 13 (D-SR) ensured according to the invention.
  • This machine configuration with a maximum casting speed of 10 m / min and a maximum capacity of approx. 3 million t / a represents an extremely advantageous solution when using the Invention represents a minimal deformation density of the strand occurs during its solidification.
  • a segment should preferably be an odd one Number of 3, 5, 7 or 9 pairs of rollers (15) consisting of Lower (16) and upper roller (17) can be built. Every segment alternately consists of a pair of driven rollers (18), which is position and force controlled with a hydraulic system (19) and two with a hydraulic system (20) in the area the top rollers (17) connected non-driven roller pairs (21), which are provided with a machine element (22) that it allowed the pair of rollers of the top web in the casting direction by one Angle of z. B. to allow +/- 5 ° to swing in any casting situation for a given decrease in strand thickness, the strand if secured its shape.
  • This structure of segments 1 to 13 leads to an optimal one Strand guidance in any type of distribution of strand thickness reduction, every casting situation, every kind of steel grade, with regard to their internal crack sensitivity, d. H. Critical Deformation Limit and the use of a minimum of hydraulic Systems per pair of rollers. So come 0.66 hydraulic systems per pair of rollers.
  • the use of driven Roll pairs of 0.33 units per roll pair a mechanical engineering Minimum at maximum procedural and qualitative effect on the strand to be cast and its surface and interior quality, d. H. for example a minimal one Structure and a minimized accumulation of tensile stresses in the Strand shell between the driven roller pairs.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung für das Stranggießen zur Erzeugung von Strängen, deren Querschnitt während der Erstarrung reduziert wird, wobei vorzugsweise in eine oszillierende Kokille gegossen und der Strangquerschnitt linear über eine Mindestlänge der Strangführung unmittelbar unterhalb der Kokille, dem Gießwalzen, reduziert wird, mit sich anschließender weiterer Strangquerschnittsreduktion über die restliche Strangführung, dem <IMAGE>soft reduction<IMAGE> , bis maximal unmittelbar vor die Enderstarrung bzw. Sumpfspitze, läßt sich eine kritische Deformation des Stranges unter Berücksichtigung der Gießgeschwindigkeit sowie auch der Stahlgüte ausschalten. Die Erfindung hat das Ziel, durch verfahrenstechnische Maßnahmen und einfache Vorrichtungsmerkmale die Deformationsdichte der Strangquerschnitssreduktion so vorzugeben, daß die kritische Deformation der Strangschale unter Berücksichtigung der hohen Gießgeschwindigkeit und auch Stahlgüte nicht überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für Stranggießanlagen zur Erzeugung von Strängen, deren Querschnitt während der Erstarrung reduziert wird.
Es ist bekannt, daß die Stränge auf solchen Hochgeschwindigkeitsanlagen im allgemeinen mit einer Erstarrungsdicke zwischen 18 und 450 mm und Gießgeschwindigkeiten bis maximal 12 m/min hergestellt werden, z.B. auf Anlagen für das Gießen von Brammen, Vorblöcken und Knüppeln mit quadratischem oder rundem Profil, bei denen eine Reduktion des Strangquerschnittes vorzugsweise in Dickenrichtung nach seinem Austreten aus der Kokille während der Erstarrung vorgenommen wird.
Diese Technologie des Gießwalzens von Dünnbrammen bzw. Rund-Knüppeln ist durch die Patentschriften DE 44 03 048 und DE 44 03 049 bzw. DE 41 39 242 bekanntgeworden; im Falle von Dünnbrammen wird sie zudem auch in Produktionsstätten täglich angewendet.
So wird z. B. eine Dünnbramme mit einer Dicke von bspw. 65 auf 40 mm im Segment 0, das direkt unter der Kokille angeordnet ist, reduziert. Diese Strangdickenreduktion um 25 mm oder 38,5 % kann für bestimmte innenrißempfindliche Stahlgüten qualitativ von Nachteil sein. So kann die Stranginnendeformation, bedingt durch die Strangdickenreduktion oder auch Gießwalzen genannt, zum Auslöser von Innenrissen sein, da die kritische Deformation des Werkstoffes an der inneren Strangschale flüssig/fest, aber auch an der äußeren Strangschale überschritten wird.
Diesem Beispiel liegt ein 2 m langes Kreisbogen-Segment 0 zugrunde, das keine Biegearbeit oder Biegedeformation in die Strangschale einbringt. Die Umformgeschwindigkeit der Strangschale beim Gießwalzen während der Erstarrung, die ein Maß für die Strangdeformation darstellt, beträgt hier 1,25 mm/s mit einer Gießgeschwindigkeit von 6 m/min. Dieser Wert der Umformgeschwindigkeit steigt bei einer Gießgeschwindigkeitserhöhung auf z. B. 10 m/min auf 2,08 mm/s an, womit er sehr kritisch wird. Solche allein durch das Gießwalzen hervorgerufenen Innendeformationen werden nicht nur für die Tiefzieh-Stahlgüten, die relativ unempfindlich gegen Innendformationen sind, sondern vor allem für empfindliche Stähle wie mikro-legierte APX - 80 Güten kritisch.
Die durch das Gießwalzen hervorgerufene Deformation kann sich außerdem bei Senkrecht-Abbiegeanlagen, bei denen normalerweise im Segment unter der Kokille gleichzeitig eine Biegung des Stranges erfolgt, noch durch die in den Strang eingebrachte Biegedeformation stark überhöhen, wodurch die Gefahr der Überschreitung der kritischen Deformation und damit der Rißbildung nochmals vergrößert wird.
Die vorbeschriebenen Erkenntnisse und Zusammenhänge vorausschickend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch verfahrenstechnische Maßnahmen und einfache Vorrichtungsmerkmale die Deformationsdichte der Strangquerschnittsreduktion so vorzugeben, daß die kritische Deformation des Stranges unter Berücksichtigung der Gießgeschwindigkeit und auch Stahlgüte nicht überschritten wird. Die Erfindungsmerkmale gelten für alle im Strang gegossenen Formate und auch für alle Typen von Strangießanlagen und beschreiben mit dem Verfahrensanspruch 1 und seinen Unteransprüchen sowie mit dem Vorrichtungsanspruch und seinen Unteransprüchen die Erfindung.
Die folgende erfindungsgemäße, unerwartete Lösung zur Erreichung des oben beschriebenen Zieles wird am Beispiel einer Dünnbramme naher erläutert, wobei die Erfindung im besonderen für das Gießen von Dünnbrammen mit einer Dicke zwischen 60 und 120 mm nach der Erstarrung, d. h. die Dicke der Bramme im Kantenbereich beträgt am Kokillenaustritt z. B. minimal 70 und maximal 160 mm, in Betracht gezogen wird. Die Reduktion der Strangdicke, die normalerweise zwischen der Oberseite und der Unterseite einer Strangführung stattfindet, beträgt nach dem Stand der Technik heute unter Versuchsbedingungen maximal 60 %, hier wird eine 50 mm dicke Bramme auf ca. 20 mm über eine Walzspaltlänge von ca. 200 mm reduziert, und unter Produktionsbedingungen maximal 38,5 %, hier wird der Strang von 65 auf 40 mm über die Länge des Segmentes 0 von ca. 2 m, das unterhalb der Kokille angeordnet ist, reduziert. In beiden Fällen liegt eine maximale Gießgeschwindikeit von 6 m/min vor.
Die Beschreibung der Erfindung basiert beispielhaft auf einer Dünnbramme mit einer Dicke von 100 mm am Kokillenaustritt und einer Erstarrungsdicke von 80 mm. Die Erfindung schlägt nun eine Art der Verteilung und die Realisation der Strangdickenreduktion während der Erstarrung der Dünnbramme im Strangführungsgerüst für die beispielhaften Gießgeschwindigkeiten von 6 und 10 m/min vor.
In den Tabellen 1 und 1.1 sind die wesentlichen Prozeß- und Vorrichtungsdaten der Erfindung dem Stand der Technik gegenübergestellt. Die Tabelle 1 stellt die Daten für Gießgeschwindigkeiten von 6 m/min und die Tabelle 1.1 für Geschwindigkeiten von 10 m/min dar.
In beiden Tabellen wird die Gesamt-Reduktion der Dicke des Stranges von 20 mm während der Erstarrung in seiner Verteilung zwischen dem Segment 0 und dem Rest der Strangführung, den Segmenten 1 bis maximal 13, variiert. Der Stand der Technik stellt sich in den Tabellen durch eine Gesamtreduktion der Strangdicke von 20 mm, durchgeführt allein im Segment 0, dar (vgl. die Ziffern 19 bis 22 in Spalte 1). Hier wird deutlich, daß sich die Reduktionsgeschwindigkeit des Stranges im 3 m langen Segment 0, ausgelöst durch die Strangdickenreduktion oder das Gießwalzen, und damit funktional die Strangschalendeformation von 0,67 auf 1,11 mm/s bei einer Gießgeschwindigkeitserhöhung von 6 m/min auf 10 m/min erhöht.
Die Ziffern 19-22 und 23-28, Spalten 2, 3 und 4 und Ziffern 29-34 stellen nun die erfindungsgemäße Lösung dar, die eine starke Senkung der Deformationsdichte der Strangschale durch eine Umverteilung der Gesamt-Dickenreduktion von 20 mm zwischen dem Segment 0 und den Segmenten 1 - n, das auch als
Figure 00040002
soft reduction
Figure 00040001
bezeichnet werden kann, bewirken. Diese Umverteilung wird an Hand folgender Beispiele näher erläutert :
  • 15 mm im Segment 0 und 5 mm in den Segmenten 1 - n,
    Ziffern 19-28, Spalte 2;
  • 10 mm im Segment 0 und 10 mm in den Segmenten 1 - n,
    Ziffern 19-28, Spalte 3;
  • 5 mm im Segment 0 und 15 mm in den Segmenten 1 - n,
    Ziffern 19-28, Spalte 4;
  • 20 mm in den Segmenten 0 bis n, Ziffern 29 - 34.
So kann nun die Reduktionsgeschwindigkeit und damit die funktionale Deformationsdichte der Strangschale bei 20 mm Gesamt-Dickenreduktion und 10 m/min Gießgeschwindigkeit von
  • 1,11 mm/s, 20 mm im Segment 0, Stand der Technik,
    Ziffer 21, Spalte 1 auf
  • 0,114 mm/s, 20 mm in den Segmenten 0 bis 13, Ziffer 33
abgesenkt werden. Mit Verlagerung eines Teiles der Dickenreduktion vom Segment 0 in die Segmente 1 bis 13 oder 1 bis n - je nach Gießgeschwindigkeit - wird allerdings die einzubringende Arbeit in den Strang mit wachsender Strangschalendicke größer. Die Erfindung berücksichtigt daher, daß eine optimale Verteilung der Gesamt-Dickenreduktion in der gesamten Strangführung zwischen dem Segment 0 und dem Segment n, das bis unmittelbar hinter der Enderstarrung reicht, die Strangschalendicke auch mit einbezieht. Diese Berücksichtigung wird durch eine Quadrat-Wurzel Funktion über die Erstarrungszeit in vorteilhafter Weise entweder im Bereich der Segmente 1 bis n , soft reduction, oder im Bereich der Segmente 0 bis n, soft reduction, erreicht.
Die Figuren 1 bis 7 verdeutlichen die Erfindung im Detail im Vergleich zum Stand der Technik.
Die Figur 1 mit den Bildern 1 und 2 stellt schematisch die Situation eines Stranges mit einer Dicke in der Kokille von 100 mm und einer Erstarrungsdicke von 80 mm für eine Gießgeschwindigkeit von 10 m/min und einer Gesamt-Strangdickenreduktion von 20 mm nur im Segment 0, Gießwalzen, (Bild 1) bzw. 10 mm im Segment 0, Gießwalzen, und 10 mm in den Segmenten 1 bis 13, "soft reduction", (Bild 2) dar. Weiterhin wird der Strang in der Maschine mit seinen Stahlphasen gezeigt, wie
  • der Überhitzungsphase (1), der reinen Schmelzphase oder auch Penetrationszone genannt mit ihrem tiefsten Liquiduspunkt (1.1),
  • dem 2-Phasengebiet, Schmelze/Kristall (2) mit seinem tiefsten Soliduspunkt, der Sumpfspitze (2.1) nach 30 m Strangführung, die aus einer ca. 1,2 m langen Kokille, einem 3 m langem Segment 0 und den Segmenten 1 bis 13 mit einer Länge von insgesamt 26 m besteht und
  • der festen Phase oder Strangschale (3).
Die reine Schmelzphase oder auch Penetrationszone liegt im Bereich des Segmentes 0, in dem eine Strangdickenreduktion oder das Gießwalzen von 2 x 10 mm oder 20 mm und keine weitere in den Folgesegmenten 1 bis 13, - Beschreibung des Stands der Technik (Bild 1) -, bzw. von 2 x 5 mm oder 10 mm, Gießwalzen, und weiteren 10 mm in den Folgesegmenten 1 bis 13, "soft reduction", Teil der Erfindung (Bild 2), vorgenommen wird. Die Reduktion der Strangdicke im Segment 0, das z. B. als Zangensegment mit zwei Klemmvorrichtungen, z. B. hydraulischen Zylindern (14), am Segmentausgang ausgebildet ist, wird über eine Länge von 3 m linear vorgenommen; die Reduktion im Bereich der Segmente 1 - 13 kann partiell pro Segment, aber auch über alle Segmente sowohl linear als auch nicht linear, d.h. zum Beispiel einer Quadrat-Wurzel folgend, erfolgen. Im Bild 2 ist die Strangdickenreduktion von 10 mm in den Segmenten 1 - 13, "soft reduction" - linear verteilt.
Die Reduktionsgeschwindigkeit in mm/s der Strangschale, die ein Maß für die Strangschalendeformation darstellt, kann im Fall der Erfindung (Bild 2) im Vergleich zum Stand der Technik (Bild 1) wesentlich verringert werden, wie die folgenden Werte zeigen :
  • Stand der Technik, Bild 1 :
    Segment 0, Reduktion 20 mm, Gießwalzen, Reduktionsgeschwindigkeit 1,11 mm/s;
    Segmente 1-13, Reduktion 0 mm, kein "soft reduction", Reduktionsgeschwindigkeit 0
  • Erfindung, Bild 2 :
    Segment 0, Reduktion 10 mm, Gießwalzen, Reduktionsgeschwindigkeit 0,56 mm/s;
    Segmente 1-13, Reduktion 10 mm, soft reduction, Reduktionsgeschwindigkeit 0,064 mm/s.
Die Verteilung der Strangdickenreduktionen zwischen dem Segment 0 und den Folgesegmenten 1 - 13 kann nun optimal, hinsichtlich der möglichen Strangdeformation unter Vermeidung von Innen- und Oberflächenrissen und der minimal einzubringenden Arbeit zur Strangdickenreduktion, die mit der Dicke der Strangschale anwächst, gewählt werden.
Dieser Verteilungseffekt auf die Reduktionsgeschwindigkeit und damit auf die Strangschalenbelastung ist in den Tabellen 1 und 1.1 angegeben sowie in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Die Figur 2 zeigt die Reduktion der Strangdicke in mm/m Strangführung für eine Gesamt-Dickenabnahme von 20 mm in Abhängigkeit von unterschiedlichen Abnahmen im Segment 0 und der jeweils entsprechenden komplementären Dickenabnahme in den Segmenten 1 - 13 für die Stranggießgeschwindigkeiten von 6 und 10 m/min. Bei einer linearen Verteilung der Gesamt-Reduktion von 20 mm über alle Segmente 0 bis 8 oder 13 stellen sich Werte bei der Dickenreduktion (RL-6) und (RL-10) und Reduktionsgeschwindigkeit (RS-6) und (RS-10) von
  • 1,168 mm/m Strangführung (RL-6) und 0,117 mm/s (RS-6) bei 6 m/min Gießgeschwindigkeit bzw.
  • 0,685 mm/m Strangführung (RL-10) und 0,114 mm/s (RS-10) bei 10/min Gießgeschwindigkeit
ein, die die geringste Deformationsdichte aufweisen, allerdings einen maximalen Aufwand an Arbeit verlangen und einen "soft reduction" Vorgang über die gesamte Strangführung ergeben. Zwischen diesem Extrem, der Gesamtreduktion von 20 mm im Segment 0 und der Reduktion gleichförmig über die Strangführung im Segment 0 bis kurz hinter der Enderstarrung des Stranges verteilt, setzt die Erfindung mit ihren Ansprüchen an.
Die Figur 4 stellt wie Figur 1 schematisch die Situation eines Stranges mit einer Dicke in der Kokille von 100 mm und einer Erstarrungsdicke von 80 mm für die Gießgeschwindigkeiten VG von 6 m/min, Bild 3, und von 10 m/min, Bild 4 vergleichend gegenüber. Im Falle von VG 6m/min wird erfindungsgemäß die Strangdickenreduktion von z. B. 10 mm im Segment 0 und von den restlichen 10 mm in den Segmenten 1 bis 8, entsprechend des kürzeren Erstarrungsweges, vorgenommen. So befindet sich der tiefste Liquidus-Punkt (1.2) bei bereits ca. 1,8 m und die Sumpfspitze (2.2) bei ca. 18,12 m. Da die Reduktion der Strangdicke maximal über 18,12 m verläuft und gleichzeitig die Enderstarrung mit erfassen soll, werden die Segmente 1 bis 8 für die Reduktion der Dicke genutzt. Das Bild 4 in Figur 4 stellt wie das Bild 2 in Figur 1 die Situation des Stranges bei einer Gießgeschwindigkeit von VG 10 m/min dar.
Der Vergleich der erfindungsgemäßen Gießsituationen, dargestellt in den Bildern 3 und 4 in Figur 4 führt zu folgenden Werten der Reduktionsgeschwindigkeiten und damit Strangschalenbelastungen :
  • 6 m/min, Bild 3 in Figur 4, Erfindungsbeispiel,
    Segment 0, Reduktion 10 mm, Reduktionsgeschwindigkeit 0,33 mm/s, Gießwalzen;
    Segmente 1 - 8, Reduktion 10 mm, Reduktionsgeschwindigkeit 0,071 mm/s, soft reduction,
  • 10 m/min Bild 4 in Figur 4, Erfindungsbeispiel,
    Segment 0, Reduktion 10 mm, Reduktionsgeschwindigkeit 0,56 mm/s, Gießwalzen;
    Segmente 1 -13, Reduktion 10 mm, Reduktionsgeschwindigkeit 0,064 mm/s, soft reduction.
Dieser Vergleich macht deutlich, daß die Verteilung der Dickenreduktion auch eine Frage der Gießgeschwindigkeit ist und daß, entsprechend der Lage der Sumpfspitze, d. h. der Gießgeschwindigkeit, die Dickenreduktion und ihre Verteilung in den Segmenten 1 bis n bzw. 0 bis n einer optimalen Gießsituation bezüglich der Gießsicherheit und der Strangqualität anzupassen ist.
In der Figur 5 ist die Wirkung einer Verteilung der Strangdickenreduktion im Segment 0 und in den Segmenten 1 bis 13 im Sinne der Erfindung (Bild 6) am Beispiel einer Senkrecht-Abbiegemaschine, Figur 6, gegenüber dem Stand der Technik (Bild 5), auf die Stranginnendeformation, hervorgerufen durch die Biegedeformationen und die Strangdickenreduktion, in Abhängigkeit von der Strangführung für die maximale Gießgeschwindigkeit von beispielsweise 10 m/min dargestellt.
Das den Stand der Technik wiedergebende Bild 5 in Figur 5 stellt die Stranginnendeformation in Abhängigkeit von der Strangführung für die beispielsweise maximale Gießgeschwindigkeit (Vg-10) von 10 m/min gegenüber der Grenzdeformation (D-Gr) dar. Am Ausgang der Kokille erfährt der Strang im Segment 0 sowohl eine Deformation, hervorgerufen durch das Gießwalzen (D-Gw) im Segment 0, als auch eine Deformation, verursacht durch den Biegevorgang (D-B). Beide Deformationen überlagern sich zur Gesamtdeformation (D-Ge), die größer wird als die Grenzdeformation (D-Gr) und damit kritisch wird. Das Überschreiten der Grenzdeformation führt zu Innenrissen an der Phasengrenze fest/flüssig und damit zur Qualitätsminderung des Stranges und zur Senkung der Gießsicherheit. Eine weitere Erhöhung der Innendeformation (D) erfährt der Strang durch die Deformation (D-R) bei seiner Rückbiegung im Segment 4 aus dem inneren Kreisbogen in die Horizontale, die allerdings nicht kritisch werden kann, da die Anzahl der Rückbiegepunkte beim design der Anlage so gewählt wird, daß der Rückbiegevorgang bei maximaler Gießgeschwindigkeit keine kritische Innendeformation in der Strangschale der rißempfindlichsten Stahlgüte auslösen kann.
Das Bild 6 in Figur 5 stellt die verfahrenstechnischen Merkmale der Erfindung am Beispiel einer Senkrecht-Abbiegeanlage, Figur 6, schematisch dar. Die Innendeformation (D) der Strangschale (3) wird in keinem Moment der Erstarrung, d. h. vom Kokillenausgang bis zum Ende des Gerüstes 13 kritisch. Dies ist durch die Verteilung der Gesamt-Strangdickenreduktion von 20 mm auf beispielsweise 10 mm im Segment 0 (D-Gw) und 10 mm in den Gerüsten 1 bis 13 (D-SR) erfindungsgemäß sichergestellt. Außerdem ist der Biegevorgang und die damit verbundene Deformation (D-B) aus dem Segment 0 in das Segment 1 gelegt, um die zwar gesenkte aber noch relativ hohe Deformationsdichte (D-Gw) im Segment 0, hervorgerufen durch das Gießwalzen von zum Beispiel 10 mm, nicht noch zusätzlich zu erhöhen. Die in den Segmenten 1 bis 13 erzeugte Deformation (D-SR), hervorgerufen durch das "soft reduction" von insgesamt z. B. 10 mm, ist relativ klein und führt zu keiner praktischen Erhöhung der Deformation (D-R) bei der Rückbiegung des Stranges im Segment 4, d. h. (D-Ge) ist ungefähr größer/gleich (D-R).
Die Figur 6 zeigt eine Senkrecht-Abbiegeanlage, an der die Erfindung beispielhaft angewendet werden kann, für das Gießen von 100 mm dicken Brammen am Kokillenaustritt mit einer Erstarrungsdicke von 80 mm und maximal VG 10 m/min. Diese Anlage weist die in den Figuren 1 -5 beschriebenen verfahrenstechnischen Merkmale auf. Die Strangießanlage besteht neben einem Verteiler (V) und einem Tauchausguß (Ta) aus
  • einer ca. 1,2 m langen Senkrecht -Kokille (K), die vorzugsweise in horizontaler Richtung konkav ausgebildet ist,
  • einem 3 m langem Segment 0, das für das Gießwalzen oder auch die Strangdickenreduktion vorzugsweise als Zangensegment ausgerüstet und mit zwei hydraulischen Zylindern (14) an seinem Ausgang versehen ist,
  • dem Segment 1 mit fünf Biegepunkten (23),
  • den Segmenten 2 und 3 mit dem inneren Kreisbogen von ca. 4 m Radius,
  • dem Segment 4 zum Rückbiegen des Stranges vom inneren Kreisbogen über fünf Rückbiegepunkte (24) in die Horizontale und
  • den Segmenten 5 bis13 im horizontalen Bereich der Maschine.
Diese Maschinenkonfiguration mit einer maximalen Gießgeschwindigkeit von 10 m/min und einer maximalen Kapazität von ca. 3 mio t/a stellt eine äußerst vorteilhafte Lösung bei der Anwendung der Erfindung dar, bei der eine minimale Deformationsdichte des Stranges während seiner Erstarrung auftritt.
Um die Art der Strangdickenreduktion im Sinne der Erfindung mit den beschriebenen Segmenten 1 bis 13 vorteilhaft realisieren zu können, sollten die Segmente im Prinzip wie in Figur 7 dargestellt aufgebaut sein. Ein Segment sollte vorzugsweise aus einer ungeraden Anzahl von 3, 5, 7 oder 9 Rollenpaaren (15), bestehend aus Unter- (16) und Oberrolle (17), aufgebaut sein. Jedes Segment besteht wiederum abwechselnd aus einem angetriebenen Rollenpaar (18), das mit einem Hydrauliksystem (19) positions- und kraftgeregelt wird, und zwei mit einem Hydrauliksystem (20) im Bereich der Oberrollen (17) verbundenen nicht angetriebenen Rollenpaaren (21), die mit einem Maschinenelement (22) versehen sind, das es erlaubt, das Rollenpaar der Oberbahn in Gießrichtung um einen Winkel von z. B. +/- 5° pendeln zu lassen, um in jeder Gießsituation bei vorgegebener Strangdickenabnahme den Strang bei Sicherstellung seiner Form führen zu können.
Dieser Aufbau der Segmente 1 bis 13 führt zu einer optimalen Strangführung bei jeder Art der Verteilung der Strangdickenreduktion, jeder Gießsituation, jeder Art von Stahlgüte, hinsichtlich ihrer Innenrißempfindlichkeit, d. h. Höhe der kritischen Deformationsgrenze und bezüglich des Einsatzes eines Minimums an hydraulischen Systemen pro Rollenpaar. So kommen 0,66 hydraulische Systeme pro Rollenpaar zum Einsatz. Auch stellt der Einsatz an angetriebenen Rollenpaaren von 0,33 Einheiten pro Rollenpaar ein maschinenbauliches Minimum bei maximaler verfahrenstechnischer und qualitativer Wirkung auf den zu gießenden Strang und seine Oberflächen- und Innenqualität dar, d. h. zum Beispiel ein minimaler Aufbau und eine minimierte Kumulation von Zugspannungen in der Strangschale zwischen den angetriebenen Rollenpaaren.
Die Erfindung wurde am Beispiel einer Dünnbrammenanlage beschrieben, kann jedoch hinsichtlich des Verfahrens und der Vorrichtung auch auf andere Stranggießanlagen entsprechend übertragen werden, wie
  • Brammenanlagen,
  • Vorblockanlagen,
  • Knüppelanlagen für Quadrat- und Rund-Knüppel.
Gießgeschwindigkeit 6 m/min
Spalte 1 2 3 4 5
1 Strangdicke mm 100
2 Erstarrungsdicke mm 80
3 met. Länge der Kokille m 1
4 Länge des Segmentes 0 m 3
5 Länge der Segmente 1 - 13 m 26
6 Länge der ges. Strangführung m 30
7 Erstarrungszeit min 3,02
8 Erstarrungszeit s 181,2
9 Gießgeschwindigkeit m/min 6,0
10 metallurgische Länge des Stranges m 18,12
11 Erstarrungszeit, Eintritt Segm. 0 min 0,167
12 Erstarrungszeit, Eintritt Segm. 0 s 10,0
13 Strangschalendicke, Eintritt Segm. 0 mm 9,4
14 Verweilzeit des Stranges in Segm, 0 min 0,5
15 Verweilzeit des Stranges in Segm. 0 s 30,0
16 Erstarrungszeit, Austritt Segm. 0 min 0,667
17 Erstarrungszeit, Austritt Segm. 0 s 40,02
18 Strangschalendicke, Austritt Segm, 0 mm 18,78
19 Dickenreduktion in Segment 0 mm 20 15 10 5 0
20 Dickenreduktion in Segment 0 % 20 15 10 5 0
21 Reduktionsgeschwindigkeit mm/s 0,67 0,5 0,33 0,17 0
22 Reduktion / Meter Strangführung mm/m 6,67 5,0 3,33 1,67 0
23 Soft reduction in Segment 1-n(8) mm 0 5 10 15 20
24 Zeit für restliche Erstarrung min 2,353
25 Zeit für restliche Erstarrung s 141,18
26 Soft reduction-Geschwindigkeit mm/s 0 0,035 0,071 0,106 0,14
27 metallurgische Länge der Rest-Erstarrung m 14,12
28 Soft reduction/Meter Rest-Erstarrung mm/m 0 0,35 0,71 1,062 1,42
29 Soft reduction, Segment 0 - n (8) mm 20
30 Zeit der Erstarrung in den Segm. 0 - n min 2,853
31 Zeit der Erstarrung in den Segm. 0 - n s 171,18
32 metallurgische Länge, Segm. 0 - n m 17,12
33 Soft reduction - Geschw., Segm. 0 - n mm/s 0,117
34Soft reduction/Meter Erstarrung, Segm.0-n mm/m 1,168
Gießgeschwindigkeit 10 m/min
Spalte 1 2 3 4 5
1 Strangdicke mm 100
2 Erstarrungsdicke mm 80
3 met. Länge der Kokille m 1
4 Länge des Segmentes 0 m 3
5 Länge der Segmente 1 - 13 m 20
6 Länge der ges. Strangführung m 30
7 Erstarrungszeit min 3,02
8 Erstarrungszeit s 181,2
9 Gießgeschwindigkeit m/min 10,0
10 metallurgische Länge des Stranges m 30,20
11 Erstarrungszeit, Eintritt Segm. 0 min 0,10
12 Erstarrungszeit, Eintritt Segm.0 s 6,0
13 Strangschalendicke, Eintritt Segm. 0 mm 7,3
14 Verweilzeit des Stranges in Segm. 0 min 0,3
15 Verweilzeit des Stranges in Segm 0 s 18,0
16 Erstarrungszeit, Austritt Segm. 0 min 0,4
17 Erstarrungszeit, Austritt Segm. 0 s 24,0
18 Strangschalendicke, Austritt Segm. 0 mm 14,55
19 Dickenreduktion in Segment 0 mm 20 15 10 5 0
20 Dickenreduktion in Segment 0 % 20 15 10 5 0
21 Reduktionsgeschwindigkeit mm/s 1,11 0,83 0,56 0,28 0
22 Reduktion / Meter Strangführung mm/m 6,67 5,0 3,33 1,67 0
23 Soft reduction in Segment 1 - n (13) mm 0 5 10 15 20
24 Zeit für restliche Erstarrung min 2,62
25 Zeit für restliche Erstarrung s 157,2
26 Soft reduction - Geschwindigkeit mm/s 0 0,032 0,064 0,095 0,127
27 metallurgische Länge der Rest-Erstarrung m 26,2
28 Soft reduction / Meter Rest-Erstarrung mm/m 0 0,19 0,38 0,57 0,76
29 Soft reduction, Segment 0 - n (13) mm 20,0
30 Zeit der Erstarrung in den Segm. 0 -n min 2,92
31 Zeit der Erstarrung in den Segm. 0 - n s 175,2
32 metallurgische Länge, Segm. 0 - n m 29,2
33 Soft reduction - Geschw., Segm. 0 - n mm/s 0,114
34Soft reduction/Meter Erstarrung, Segm.0-n mm/m 0,685
Bezugszeichenliste
1.
Überhitzungsphase, reine Schmelzphase oder Penetrationszone,
1.1
tiefster Liquiduspunkt bei 10 m/min Gießgeschwindigkeit,
1.2
tiefster Liquiduspunkt bei 6 m/min Gießgeschwindigkeit,
2.
2-Phasengebiet Schmelze/Kristall,
2.1
tiefster Soliduspunkt, Sumpfspitze bei 10 m/min Gießgeschwindigkeit,
2.2
tiefster Soliduspunkt, Sumpfspitze bei 6 m/min Gießgeschwindigkeit,
3.
Strangschale,
(D-Gr)
Grenzdeformation,
(Vg-10)
Gießgeschwindigkeit von 10 m/min,
(K)
Kokille,
(0)
Segment 0,
(1)
Segment 1,
(2)..
Segment 2 usw.
(13)
Segment 13
(D)
Innendeformation der Strangschale,
(D-Gw)
Innendeformation beim Gießwalzen,
(D-B)
Innendeformation beim Biegen des Stranges,
(D-Ge)
Gesamt-Innendeformation, (d-Gw)+(D-B), (D-B)+(D-SR) oder (D-R)+(D-SR),
(D-R)
Innendeformation beim Rückbiegen des Stranges,
(D-SR)
Innendeformation beim Soft Reduction ,
(RL-6)
lineare Reduktion über die Segmente 0 -13 von 1,168 mm/m bei 6 m/min,
(RL-10)
lineare Reduktion über die Segmente 0 -13 von 0,685 mm/m bei 10 m/min,
(RS-6)
Reduktionsgeschwindigkeit bei linearer Reduktion über die Segmente 0 - 13 von 0,117 mm/s bei 6 m/min Gießgeschwindigkeit,
(RS-10)
Reduktionsgeschwindigkeit bei linearer Reduktion über die Segmente 0 - 13 von 0,114 mm/s bei 10 m/min Gießgeschwindigkeit,
(V)
Verteiler,
(Ta)
Tauchausguß,
14
hydraulische Zylinder am Ausgang vom Segment 0, positions- u. kraftgeregelt,
15
Rollenpaare, bestehend aus Ober- und Unterrollen,
16
Unterrollen, fixiert,
17
Oberrollen, beweglich und positions- und kraftgeregelt,
18
angetriebenes Rollenpaar,
19
hydraulisches System, positions- und kraftgeregelt für die angetriebenen Rollenpaare
20
hydraulisches System, positions- und kraftgeregelt für die nicht angetriebenen Rollenpaare,
21
2 nicht angetriebene Rollenpaare,
22
Maschinenelement zum Pendeln der 2 benachbarten Oberrollen, eingebunden in das hydraulische System (20), des nicht angetriebenen Rollenpaares (21),
23
Biegepunkte,
24
Rückbiegepunkte oder Richtpunkte.

Claims (28)

  1. Verfahren beim Stranggießen zur Erzeugung von Strängen, deren Querschnitt während der Erstarrung reduziert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in eine insbesondere oszillierende Kokille gegossen und der Strangquerschnitt linear über eine Mindestlänge der Strangführung unmittelbar unterhalb der Kokille, dem Gießwalzen, reduziert wird, mit sich anschließender weiterer Strangquerschnittsreduktion über die restliche Strangführung, dem
    Figure 00160002
    soft reduction
    Figure 00160001
    , bis maximal unmittelbar vor die Enderstarrung bzw. Sumpfspitze.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei rechteckigen Strangformaten der Querschnitt vorzugsweise durch eine Reduktion in Dickenrichtung reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Dicke des Stranges bis maximal 60 % der Strangdicke am Kokillenausgang reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vorzugsweise Dünnbrammen mit einer Erstarrungsdicke von 120 bis 50 mm dickenreduziert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Strangdicke beim Gießwalzen durch Aufteilung der Gesamtdickenreduktion in das Gießwalzen unmittelbar unterhalb der Kokille und die soft reduction in der restlichen Strangführung bei maximaler Gießgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit kleiner als 1,25 mm/s reduziert wird.
  6. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mit einer maximalen Geschwindigkeit bis 12 m/min gegossen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beim soft reduction die Dicke linear über die Erstarrunslänge reduziert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beim soft reduction die Dicke nicht linear und vorzugsweise nach der Quadrat-Wurzel Funktion über die Erstarrungszeit reduziert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gesamte Dickenreduktion vom Ausgang der Kokille bis maximal unmittelbar hinter die Sumpfspitze linear und stetig verläuft.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Biegung eines Stranges aus der Senkrechten in den inneren Kreisbogen einer Senkrecht-Abbiegestranggießanlage im Bereich des soft reduction vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gießwalzen ausschließlich in der senkrechten Strangführung durchgeführt wird, ohne daß der tiefste Liquiduspunkt bei maximaler Gießgeschwindigkeit aus der Strangführung heraustritt.
  12. Strangießanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die folgende Elemente enthält,
    eine oszillierende Kokille (K),
    ein Segment 0, das den Strang in seinem Querschnitt über eine Länge von mindestens 1 m maximal um 40 % linear reduziert,
    eine restliche Strangführung, die den Strang in seinem Querschnitt bis maximal unmittelbar hinter der Sumpfspitze (2.1) reduziert, ( soft reduction ) und bei der
    die Gesamtreduktion des Strangquerschnittes im Segment 0 und in der restlichen Strangführung bis 60 % ausgelegt ist.
  13. Stranggießanlage nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zum Gießen von Rechteckformaten das Segment (0) und die folgenden Segmente (1-n) zur Querschnittsreduktion durch Reduktion der Strangdicke ausgelegt sind.
  14. Strangießanlage nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Segment 0 zur Reduktion der Strangdicke an seinem Ausgang mit zwei positions- und kraftgeregelten Klemmzylindern ausgestattet ist.
  15. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Segment 0 zur Reduktion der Strangdicke um maximal 100 mm ausgelegt ist.
  16. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Segmente (1 bis n) in ihrer Strangdickenanstellung positions- und kraftgeregelt sind.
  17. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anzahl der Rollenpaare (15) pro Segment ungerade ist und mindestens drei beträgt.
  18. Strangießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jedes dritte Rollenpaar (18) angetrieben ist.
  19. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Oberrollen der nicht angetriebenen Rollenpaare (21) mit einem positions- und kraftgeregeltem Klemmzylinder versehen sind.
  20. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Oberrollen der nicht angetriebenen Rollenpaare (21) und ihr Zylinder (20) mit einer Vorrichtung (22) versehen sind, die ein Pendeln der Rollen um vorzugsweise +/- 5° in Gießrichtung zuläßt.
  21. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Segment 0 senkrecht angeordnet ist und eine maximale Länge von 5 m aufweist.
  22. Strangießanlage nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erste Folgesegment (1) mindestens einen Biegepunkt (23) zum Biegen des Stranges aus der Senkrechten in einen Kreisbogen aufweist.
  23. Strangießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in mindestens einem der Segmente (2 bis n) mindestens ein Rückbiegepunkt (24) zum Richten des Stranges aus dem Kreisbogen in die Horizontale vorgesehen ist.
  24. Strangießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der horizontale Teil der Strangführung mindestens eine Länge von 4 m aufweist.
  25. Stranggießanlage nach einem der Ansprüchen 12 bis 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kokillenwände konkav ausgebildet sind.
  26. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zum Gießen ein Tauchausguß (Ta) und Gießpulver eingesetzt sind.
  27. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Breitseiten der Kokille in horizontaler Richtung konkav ausgebildet sind und in ihrer Konkavität zum Kokillenausgang abnehmen.
  28. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schmalseiten der Kokille in horizontaler Richtung konkav ausgebildet sind.
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