WO2006072311A1 - Stahlstranggiessanlage für knüppel- und vorblockformate - Google Patents

Stahlstranggiessanlage für knüppel- und vorblockformate Download PDF

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WO2006072311A1
WO2006072311A1 PCT/EP2005/013078 EP2005013078W WO2006072311A1 WO 2006072311 A1 WO2006072311 A1 WO 2006072311A1 EP 2005013078 W EP2005013078 W EP 2005013078W WO 2006072311 A1 WO2006072311 A1 WO 2006072311A1
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strand
mold
fillet
length
section
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PCT/EP2005/013078
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English (en)
French (fr)
Inventor
Adalbert Roehrig
Franz Kawa
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Concast Ag
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Classifications

    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • 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
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing

Definitions

  • the invention relates to a continuous steel casting plant for billet and bloom blocks according to the preamble of claim 1.
  • Continuous casting long products are mainly cast in tubular molds with a rectangular, especially with an approximate square or round cross-section.
  • the billet and bloom blocks are then further processed by rolling or forging.
  • Corners of the mold cavity of tubular molds are rounded off by fillets.
  • the beginning solidification of the strand just below the bath level in the mold runs differently from the fillet areas on straight sections of the mold cavity circumference.
  • the heat flow at the straight or essentially straight sections is quasi one-dimensional and follows the law of heat transfer through a flat wall.
  • the heat flow in the rounded corner areas is two-dimensional and follows the law of heat transfer through a curved wall.
  • the resulting strand shell generally thickens in the corner areas at the start of solidification below the bath level than on the straight surfaces and begins to shrink earlier and more rapidly. This leads to the fact that after just 2 seconds the strand shell in the corner areas lifts irregularly from the mold wall and air gaps form which drastically deteriorate the heat transfer. This deterioration in the heat transfer not only delays the further shell wax tum, even solidified inner layers of the strand shell can melt again.
  • This rocking of the heat flow - cooling and reheating - leads to strand defects such as surface and internal longitudinal cracks at the edges or in areas close to edges, as well as to shape defects such as rhomboidality, indentations etc. A re-melting of the strand shell or larger longitudinal cracks can also lead to breakthroughs.
  • the fillets are dimensioned in relation to the side length of the strand cross section, in particular if the fillet radii are 10% and more of the side length of the mold cavity cross section, the more frequently such strand defects occur. This is one reason why the fillet radii are generally limited to 5 to 8 mm, although larger roundings on the strand edges would be advantageous for the subsequent rolling.
  • a mold for the continuous casting of billet and blooms is known from JP-A-11 151555.
  • the fillets at the four corners of the mold cavity are specially shaped as so-called corner cooling parts.
  • the corner cooling parts are designed as circular recesses in the mold wall, which decrease in size in the direction of the strand and recede onto a corner fillet towards the mold exit. The degree of curvature of the circular recesses increases in the strand running direction towards the mold exit. This shape is intended to ensure uninterrupted contact between the corner area of the strand shell and the specially shaped corner cooling parts of the mold.
  • the object of the invention is to provide a continuous steel casting plant for billet and bloom blocks, preferably with a substantially rectangular or rectangular-like strands cross section that achieves a combination of the following sub-goals.
  • it is intended to ensure a high casting performance with the smallest possible number of strands and thus minimal investment and maintenance costs, and on the other hand to improve the quality of the strand.
  • the improvement of the strand quality is intended to prevent strand defects in the corner areas such as cracks, solidification defects and casting spool locks in the strand shell, but also to prevent dimensional deviations such as spikes, bulges and indentations.
  • the continuous casting installation according to the invention is further intended to reduce investment and maintenance costs for support guide scaffolds and also to improve the economy and strand quality when using mold stirring devices.
  • the strand quality is also improved in a variety of ways.
  • the strand shell growth is evened out over the strand circumference and over predetermined parts of the mold length, thereby improving the strand structure and strand defects such as cracks etc. in the edge areas be prevented.
  • geometric strand defects such as spikes, bulges etc. can be reduced or eliminated.
  • the enlargement of the corner fillets Fertilization also influences the flow conditions in the area of the bath level.
  • the boundary between a support guide in the secondary cooling zone that is free of strand support and a support guide that is reduced in support width and support length is determined by numerous parameters, in particular the bulging behavior of a cast strand.
  • the main parameters of format size and overall length of the fillets of the two fillets assigned to one strand side or the length of a straight section between the two fillets assigned to one strand side the casting speed, mold cavity length, steel temperature and steel analysis etc. are also decisive.
  • the following guide values are proposed for experiments to determine the boundary between a support-free secondary cooling zone and a reduced support guide in the secondary cooling zone.
  • strand formats which are smaller than approximately 150 ⁇ 150 mm 2 and a total length of the two fillets of one strand side of approximately 70% and more of the strand side dimension
  • casting can generally be carried out without support.
  • strand formats which are larger than approximately 150 ⁇ 150 mm 2 and have a straight section between the two fillets of approximately 30% and more of the strand side dimension
  • a support guide with a reduced support width and support length can be arranged in the secondary cooling zone.
  • the bulging behavior of the strand after leaving the mold can be influenced in such a way that in the prior art, significantly larger strand formats can be produced without support guidance or with reduced support guidance even at higher casting speeds.
  • Fillet arches in the circumferential line of the mold cavity cross section can be designed from circular lines, composed circular lines, etc. Additional benefits are achievable if the fillet arches do not connect tangentially or point-wise to the straight sections of the circumferential line.
  • a course of curvature can be chosen along the fillet that swells to a maximum degree of curvature 1 / R and swells away from it.
  • the maximum degree of curvature 1 / R in the case of a fillet arch following in the direction of the strand run can decrease continuously or discontinuously.
  • the circumferential lines of the strand cross-section have fillets with curvature curves that follow a mathematical function and that swell to and from a maximum degree of curvature 1 / R, such as for example mathematical functions such as super circle or super ellipse.
  • the essentially rectangular mold cavity cross-section consists of four arch lines, each of which encompasses a quarter of the cross-sectional circumference and the arch lines follow a mathematical function.
  • this condition is met if an exponent "n" is chosen between 3 and 50, preferably between 4 and 10.
  • a and B are the dimensions of the arc line.
  • Sections of the circumferential line arranged between the fillet arch can have slightly curved arch lines, as described in EP patent specification 0 498 296.
  • the degrees of curvature 1 / R of both the fillet arch can be as well as the relatively elongated curved lines lying between them so that at least over a part of the length of the mold the strand shell is slightly deformed, ie stretched, over the entire circumference.
  • an optimal mold length can be determined. Casting formats between 120 x 120 mm 2 and 160 x 160 mm 2 can be optimally cast at high casting speeds with a mold length of approx. 1000 mm with the omission of a strand support.
  • FIG. 2 is a plan view of a copper tube of a bloom block
  • FIG. 3 is a plan view of a corner formation of a mold cavity with a fillet
  • FIG. 5 is a plan view of a copper pipe with circumferential lines of a further cross section of the mold cavity
  • FIG. 6 is a horizontal section through half a strand in the secondary cooling zone
  • Fig. 7 is a horizontal section through another example of a half strand in the
  • Fig. 8 is a horizontal section through half a preliminary section strand in the secondary cooling zone.
  • liquid steel flows in the vertical direction of a mold 4 through a pouring nozzle 2 of an intermediate vessel 3.
  • the mold 4 has a rectangular mold cavity for a billet cross section of, for example, 120 x 120 mm 2 .
  • 5 shows a partially solidified strand with a strand shell 6 and a liquid core 7.
  • a height-adjustable electromagnetic stirring device 8 is shown schematically outside the mold 4. It can also be arranged inside the mold 4, for example in the water jacket. The stirring device 8 generates a horizontally rotating movement in the bathroom mirror area and in the liquid swamp.
  • a first secondary cooling zone free of strand support which is provided with spray nozzles 9.
  • 10 is a mold cavity of a mold tube 11 with fillet 12, 12 ', 13, 13' in the corner areas.
  • the fillet 14, 15 of the fillet arches 12, 12 ', 13, 13' is approximately 20% of a side length 16 of the strand cross section.
  • the degree of curvature 1 / R of the fillet-shaped fillet 12, 13 is different from the degree of curvature 1 / R of the fillet 12 ", 13 'at the mold exit.
  • the size of the fillet 14, 15 also contributes to the fact that the partially solidified despite the high casting speed Strand immediately after leaving the mold cavity without or with reduced strand support can be conducted through the secondary cooling zone.
  • a straight section 17 between the fillets 14, 15 can be deliberately reduced in such a way that harmful bulges of the strand shell can be avoided despite the secondary cooling zone being free of strand supports.
  • a strand support with reduced support width can be provided.
  • a corner 19 of a mold cavity is shown on an enlarged scale.
  • Five fillets 23 - 23 "" represent the geometry of the corner formation in the sense of height curves.
  • the connection points of the fillets 23 - 23 "" to the straight sections 24 - 24 "" of circumferential lines of the mold cross section can be along the lines R, R 4 or R 1 , R 4 can be selected.
  • the distances 25-25 '" show a constant taper along the straight side walls.
  • the degree of curvature of the fillet arches 23-23 '" is different along the arc. It swells to and from a maximum degree of curvature at point 30-30 " off again. The maximum degree of curvature decreases from fillet to fillet in the direction of the strand.
  • the fillet arc 23 "" is a circular arc in this example.
  • the exponents of the fillet arches are chosen as follows:
  • the degree of curvature of the fillets 23 - 23 "" which follow in the direction of the strand run is changed or reduced in such a way that a gap can be deliberately controlled between the strand shell and the mold wall or a targeted strand shell deformation in the region of the fillets 23, 23 "" is.
  • This control of the gap clearance or a slight extrusion of the shell makes it possible to control the target heat transfer, but in particular the target heat transfer along the fillet in all corner areas of the ribbon is equalized as it passes through the mold cavity.
  • an exponent “n” is line 51 of FIG. 4 and in the case of the arc line 51 ′ of FIG. 5 that follows in the direction of the strand running.
  • the exponent 5 of the arc line 51 ' is reduced to 4.5 at the arc line 51 "and thus optimal corner cooling is achieved.
  • FIG. 5 shows a tubular mold 62 for the continuous casting of billet or blooms with a mold cavity 63.
  • the cross section of the mold cavity 63 is square at the mold exit and corner regions 65-65 '' are arranged between adjacent side walls 64-64 ''.
  • the side walls 64 - 64 '"between the corner regions 65 - 65'" are concave over a partial length of 40% - 60% of the mold length. Over this part length, a bow height 66 decreases in the strand running direction.
  • a convex strand shell forming in the mold is smoothed along the upper part of the length of the mold.
  • the arc line 70 may be formed from a circular line, a composite circular line, or from a curve based on a mathematical function.
  • the straight side walls 71 of the mold are provided with a mold cavity taper corresponding to the shrinkage of the strand cross section.
  • All mold cavities in FIGS. 1-5 are provided with a straight longitudinal axis for simplification.
  • the invention can also be used for molds with a curved longitudinal axis for continuous arc casting plants.
  • the design of the mold cavity according to the invention is not restricted to tubular molds. It can also be used for plate or block molds etc.
  • FIG. 6 shows half of an essentially rectangular strand cross section 60 with a solidified strand shell 61 and a liquid core 62.
  • the circumferential line of half the strand cross section 60 is composed of two subcurves 65, which enclose an angle of 90 °, the shape of which corresponds to the initial cross section of the mold cavity of the mold.
  • the partial curves 65 follow the mathematical relationship
  • each fillet 64 of the partial curves 65 is 50%, or both fillets 64 together correspond to 100% of the strand side dimension 66.
  • Arrows 68 indicate the ferrostatic pressure which acts on the strand shell 61.
  • the sum of the two fillets 64 of the subcurves 65 is greater than 70% of the 66 and a strand support in the secondary cooling zone is therefore not necessary in this example.
  • the circumferential line of half the strand cross section is composed of two circular arcs 75 with a rounding dimension 76 of 30% and straight sections 77 of 40% of the strand side dimension 78.
  • the straight sections 77 between the circular arcs 75 are larger than 30% of the strand side dimension 78 and a support guide in the form of support rollers 79 which is reduced in its support width and support length can be arranged.
  • a support roller width which corresponds to the length of the straight section or is somewhat shorter than this is sufficient.
  • Arrows 79 indicate the ferrostatic pressure that acts on the strand shell 71.
  • a mold cavity for preliminary profiles 80 also has corners which are provided with fillet arches 81.
  • a strand side dimension 82 is composed of two fillet arches 81 with fillets 83 of, for example, 40% and an essentially straight section 84 of, for example, 20%.
  • the ferrostatic pressure on the strand shell 86 indicated by arrows 85 produces a bulge in double T-beam strands according to the prior art, if not, as in this example, by special measures the shaping by a choice of appropriate fillet arch 81 or a corresponding support guide is arranged.
  • the choice of the length and geometry of the fillets 83 in the form of a superelipse has resulted in a strand shell which can withstand the ferrostatic pressure without a support guide.
  • a reduced support guide in the secondary cooling zone can suffice.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
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  • Forging (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahlstranggiessanlage für Knüppel- und Vorblockformate mit im wesentlichen rechteckigem Strangquerschnitt. Um das Stranggefüge insbesondere in den Eckbereichen zu verbessern, Spiesskantigkeit, Risse und schädliche Massabweichungen des Strangquerschnittes auszuschalten und um hohe Durchsatzleistungen je Strang bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten zu erreichen, sollen die Ausrundungen der Hohlkehlbogen (12, 12', 13, 13') im Formhohlraum mindestens 10 %, vorzugsweise 15 % oder mehr der Seitenlänge (16) des Strangquerschnittes betragen. Im weiteren soll sich in Stranglaufrichtung mindestens entlang einer Teillänge der gesamten Kokillenlänge der Krümmungsgrad 1/R des Hohlkehibogens (12, 12', 13, 13') verkleinern. Dadurch soll eine gezielte Spaltaufhebung zwischen der Strangschale und der Kokillenwand bzw. eine gezielte Strangschalenumformung im Bereich des Hohlkehlbogens steuerbar sein. Die Stranggiessanlage soll im weiteren unmittelbar an die Kokille anschliessend eine strangabstützungsfreie Sekundärkühlzone oder eine in ihrer Stützbreite­ und/oder Stützlänge reduzierte Stützführung in der Sekundärkühlzone aufweisen.

Description

Stahlstranggiessanlaqe für Knüppel- und Vorblockformate
Die Erfindung betrifft eine Stahlstranggiessanlage für Knüppel- und Vorblockformate ge- mäss Oberbegriff von Anspruch 1.
Strangguss-Langprodukte werden überwiegend in Rohrkokillen mit Rechteck-, insbesondere mit angenähertem Quadrat- oder Rundquerschnitt vergossen. Die Knüppel- und Vorblockstränge werden anschliessend durch Walzen oder Schmieden weiterverarbeitet.
Für eine Erzeugung von Stranggiessprodukten mit guter Oberflächen- und Gefügequali- tat, insbesondere von Knüppel- und Vorblocksträngen, ist ein gleichmässiger Wärmeübergang entlang der Umfangslinie des Strangquerschnittes zwischen dem sich bildenden Strang und der Formhohlraumwand von ausschlaggebender Bedeutung. Viele Vorschläge sind bekannt, die Formhohlraumgeometrie insbesondere in den Bereichen der Eckhohlkehlen des Formhohlraumes so auszubilden, dass zwischen der sich bildenden Strangschale und der Kokillenwand keine schädliche Luftspalte entstehen, die einen un- gleichmässigen Wärmeübergang entlang einer Umfangslinie des Strangquerschnittes, und Erstarrungsfehler sowie Durchbrüche verursachen.
Ecken des Formhohlraumes von Rohrkokillen sind durch Hohlkehlen abgerundet. Je grösser die Hohlkehlen im Formhohlraum der Kokille gestaltet sind, um so schwieriger ist eine gleichmässige Abkühlung zwischen einer sich bildenden Strangschale und den Kokillenwänden, insbesondere über den Formhohlraumumfang, zu erreichen. Die beginnende Erstarrung des Stranges kurz unterhalb des Badspiegels in der Kokille verläuft an geraden Abschnitten des Formhohlraumumfanges unterschiedlich zu den Hohlkehlberei- chen. Der Wärmefluss an den geraden oder im wesentlichen geraden Abschnitten ist quasi eindimensional und folgt dem Gesetz des Wärmedurchganges durch eine ebene Wand. Im Gegensatz dazu ist der Wärmefluss in den abgerundeten Eckbereichen zweidimensional und er folgt dem Gesetz des Wärmedurchganges durch eine gekrümmte Wand.
Die entstehende Strangschale wird in der Regel in den Eckbereichen bei Erstarrungsbeginn unterhalb des Badspiegels dicker als an den geraden Flächen und beginnt zeitlich früher und stärker zu schrumpfen. Dies führt dazu, dass schon nach ca. 2 Sekunden sich die Strangschale in den Eckbereichen von der Kokillenwand unregelmässig abhebt und sich Luftspalte bilden, die den Wärmedurchgang drastisch verschlechtem. Diese Verschlechterung des Wärmedurchganges verzögert nicht nur das weitere Schalenwachs- tum, es kann sogar zu einem Wiederaufschmelzen von bereits erstarrten inneren Schichten der Strangschale kommen. Dieses Schaukeln des Wärmeflusses - Abkühlen und Wiedererwärmen - führt zu Strangfehlern wie Oberflächen- und inneren Längsrissen an den Kanten bzw. in kantennahen Bereichen, sowie zu Formfehlern wie Rhomboidität, Einziehungen etc. Ein Wiederaufschmelzen der Strangschale oder grossere Längsrisse können auch zu Durchbrüchen führen.
Je grösser die Hohlkehlen gegenüber der Seitenlänge des Strangquerschnittes dimensioniert werden, insbesondere wenn die Hohlkehlradien 10 % und mehr der Seitenlänge des Formhohlraumquerschnittes betragen, um so häufiger treten solche Strangfehler auf. Dies ist ein Grund, weshalb die Hohlkehlradien in der Regel auf 5 bis 8 mm begrenzt werden, obwohl für das nachfolgende Walzen grossere Abrundungen an den Strangkanten vorteilhaft wären.
Beim Giessen mit hohen Giessgeschwindigkeiten verringert sich die Verweilzeit des gegossenen Stranges im Kokillenhohlraum und die Strangschale hat insgesamt weniger Zeit in ihrer Dicke zu wachsen. Je nach dem gewählten Strangformat ist es deshalb notwendig, die Strangschale unmittelbar nach dem Verlassen der Kokille durch Stützrollen abzustützen, um ein Ausbauchen der Strangschale oder sogar Durchbrüche zu vermei- den. Solche Stützrollengerüste direkt unterhalb der Kokille sind einem starken Ver- schleiss ausgesetzt und können nach einem Durchbruch nur mit einem grossen Zeit- und Kostenaufwand wieder instandgestellt werden.
Aus JP-A-11 151555 ist eine Kokille zum Stranggiessen von Knüppel- und Vorblock- strängen bekannt. Um beim Giessen von rechteckigen Strängen eine rhombische Verformung des Strangquerschnittes zu vermeiden und um zusätzlich die Giessgeschwin- digkeit zu erhöhen, werden an den vier Ecken des Formhohlraumes die Hohlkehlen als sogenannte Eckkühlteile speziell ausgeformt. Auf der Eingiessseite sind die Eckkühlteile als kreisförmige Ausnehmungen in der Kokillenwand ausgebildet, die sich in Stranglauf- richtung verkleinern und sich zum Kokillenausgang hin auf eine Eckhohlkehle zurückbilden. Der Krümmungsgrad der kreisförmigen Ausnehmungen nimmt in Stranglaufrichtung zum Kokillenausgang hin zu. Diese Formgebung soll einen ununterbrochenen Kontakt zwischen dem Eckbereich der Strangschale und den speziell ausgeformten Eckkühlteilen der Kokille sicherstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stahlstranggiessanlage für Knüppel- und Vorblockformate vorzugsweise mit im wesentlichen rechteckigem oder rechteckähn- lichem Strangquerschnitt zu schaffen, die eine Kombination der nachfolgenden Teilziele erreicht. Sie soll einerseits eine hohe Giessleistung bei möglichst kleiner Strangzahl und dadurch minimale Investitions- und Unterhaltskosten sowie anderseits eine verbesserte Strangqualität sicherstellen. Die Verbesserung der Strangqualität soll insbesondere Strangfehler in den Eckbereichen wie Risse, Erstarrungsfehler und Giesspulverein- schlüsse in der Strangschale, aber auch Massabweichungen wie Spiesskantigkeit, Ausbauchungen und Einziehungen verhindern. Die erfindungsgemässe Stranggiessanlage soll im weiteren Investitions- und Unterhaltskosten für Stützführungsgerüste vermindern sowie zusätzlich die Wirtschaftlichkeit und Strangqualität bei der Anwendung von Kokil- lenrühreinrichtungen verbessern.
Gemäss der Erfindung wird diese Zielsetzung durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
Mit der erfindungsgemässen Stranggiessanlage ist es möglich, grossere Knüppel- und Vorblockformate sowie Vorprofilstränge mit höheren Giessgeschwindigkeiten und ohne bzw. mit einer in ihrer Stützbreite und/oder Stützlänge reduzierten Stützführung unmittelbar unterhalb der Kokille zu giessen. Bei einer vorgegebenen Produktionsleistung kann dadurch die Zahl der Stränge reduziert und Investitionskosten eingespart werden. Gleichzeitig vermindern sich die Unterhaltskosten der Anlage sowohl durch die geringere Strangzahl als auch durch die Weglassung bzw. Reduktion von Stützführungen für die gegossenen Stränge. Durch eine Vergrösserung der Kantenabrundungen der gegossenen Stränge können kritische Spannungen in der verbleibenden ebenen Strangschale, die durch den ferrostatischen Druck des flüssigen Kernes erzeugt werden, beim Strangaustritt aus der Kokille wesentlich reduziert werden. Eine Verkürzung der zwischen den Eckausrundungen liegenden geraden Abschnitte des Formhohlraumumfan- ges um beispielsweise 10 % vermindert die für eine Ausbauchung massgebende Biegespannung in diesen Abschnitten um etwa 20 %.
Neben diesen wirtschaftlichen Vorteilen wird zusätzlich die Strangqualität in vielfältiger Hinsicht verbessert. Durch die Steuerung einer gezielten Spaltaufhebung zwischen der Strangschale und der Kokillenwand bzw. einer gezielten Strangschalenumformung im Bereich des Hohlkehlbogens wird das Strangschalenwachstum über den Strangumfang und über vorbestimmte Teile der Kokillenlänge vergleichmässigt, wodurch das Strang- gefüge verbessert und Strangfehler wie Risse etc. in den Kantenbereichen verhindert werden. Zusätzlich können auch geometrische Strangfehler wie Spiesskantigkeit, Ausbauchungen etc. reduziert bzw. eliminiert werden. Die Vergrösserung der Eckausrun- düngen beeinflusst aber auch die Strömungsverhältnisse im Badspiegelbereich. Bei Anwendung von Giesspulver zur Abdeckung des Badspiegels kann mit steigender Ver- grösserung der Eckausrundungen eine Vergleichmässigung der Bedingungen für das Aufschmelzen des Giesspulvers am gesamten Meniskusumfang erreicht werden. Dieser Vorteil wird bei Kokillen mit Rühreinrichtungen noch verstärkt. Strangfehler wie Giesspulver- und Schlackeneinschlüsse, insbesondere in den Eckbereichen, aber auch Strangoberflächenfehler können durch die Vergleichmässigung der Schmierwirkung durch das Giesspulver reduziert werden. Durch Anpassung der Grösse der Strangkantenabrun- dungen an die Bedürfnisse der nachfolgenden Walz- oder Schmiedeoperationen sind zusätzliche Qualitätsvorteile erreichbar.
Die Grenze zwischen einer strangabstützungsfreien und einer in ihrer Stützbreite und Stützlänge reduzierten Stützführung in der Sekundärkühlzone ist von zahlreichen Parametern, insbesondere vom Ausbauchungsverhalten eines gegossenen Stranges be- stimmt. Neben den Hauptparametern Formatgrösse und Gesamtlänge der Ausrundungen der beiden einer Strangseite zugeordneten Hohlkehlbogen bzw. der Länge eines geraden Abschnittes zwischen den beiden einer Strangseite zugeordneten Hohlkehlbogen sind auch die Giessgeschwindigkeit, Formhohlraumlänge, Stahltemperatur und Stahlanalyse etc. massgebend. Für Versuche zur Bestimmung der Grenze zwischen einer abstützungsfreien Sekundärkühlzone und einer reduzierten Stützführung in der Sekundärkühlzone werden folgende Richtwerte vorgeschlagen. Bei Strangformaten, die kleiner als etwa 15O x 150 mm2 sind und einer Gesamtlänge der beiden Ausrundungen einer Strangseite von etwa 70 % und mehr des Strangseitenmasses kann in der Regel abstützungsfrei gegossen werden. Bei Strangformaten, die grösser als etwa 150 x 150 mm2 sind und einen geraden Abschnitt zwischen den beiden Ausrundungen von etwa 30 % und mehr des Strangseitenmasses aufweisen, kann eine in ihrer Stützbreite und Stützlänge reduzierte Stützführung in der Sekundärkühlzone angeordnet sein. Mittels der erfindungsgemässen Lehre kann einerseits durch eine Vergrösserung der Ausrundungen, beispielsweise bis 100 % der Seitenlänge des Strangquerschnittes, und anderseits durch die Veränderung der Krümmungsgrade von in Stranglaufrichtung sich folgenden Hohlkehlbogen, das Ausbauchungsverhalten des Stranges nach dem Verlassen der Kokille so beeinflusst werden, dass gegenüber dem Stand der Technik wesentlich grossere Strangformate auch bei höheren Giessgeschwindigkeiten stützführungsfrei bzw. mit reduzierter Stützführung herstellbar sind.
Hohlkehlbogen in der Umfangslinie des Formhohlraumquerschnittes können aus Kreislinien, zusammengesetzten Kreislinien etc. gestaltet werden. Zusätzliche Vorteile sind erreichbar, wenn die Hohlkehlbogen nicht tangential bzw. punktförmig an die geraden Abschnitte der Umfangslinie anschliessen. Gemäss einem weiteren Vorschlag kann ein Krümmungsverlauf entlang des Hohlkehlbogens gewählt werden, der auf einen maximalen Krümmungsgrad 1/R an- und von diesem wieder abschwillt. Der maximale Krüm- mungsgrad 1/R bei in Stranglaufrichtung sich folgenden Hohlkehlbogen kann sich stetig oder unstetig verkleinern. Für die Herstellung des Formhohlraumes mittels NC gesteuerten spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn die Umfangslinien des Strangquerschnittes Hohlkehlbogen mit Krümmungsverläufen aufweisen, die einer mathematischen Funktion folgen und die auf einen maximalen Krüm- mungsgrad 1/R an- und von diesem wieder abschwellen, wie beispielsweise mathematische Funktionen wie Superkreis oder Superelipse.
Bei Hohlkehlbogen mit Hohlkehlmassen von 25 % und mehr der Seitenlänge des Strangquerschnittes können zusätzliche Vorteile erreicht werden, wenn der im Wesentli- chen rechteckige Formhohlraumquerschnitt aus vier Bogenlinien besteht, die je etwa einen Viertel des Querschnittumfanges einschliessen und die Bogenlinien einer mathematischen Funktion folgen. Die mathematische Funktion
Figure imgf000007_0001
erfüllt beispielsweise diese Bedingung, wenn ein Exponent „n" zwischen 3 und 50, vorzugsweise zwischen 4 und 10, gewählt wird. A und B sind die Dimensionen de Bogenli- nie.
Die Umfangslinie des Strangquerschnittes kann auch aus mehreren Bogenlinien zusammengesetzt sein, wobei die Hohlkehlbogen einen Krümmungsverlauf aufweisen, der einer mathematischen Funktion, z.B. IXI" + IYI" = IRI" folgt. Zwischen den Hohlkehlbogen angeordnete Abschnitte der Umfangslinie können schwach gekrümmte Bogenlinien aufweisen, wie in der EP- Patentschrift 0 498 296 beschrieben ist. In Stranglaufrichtung ge- sehen können sich die Krümmungsgrade 1/R sowohl der Hohlkehlbogen als auch der zwischen diesen liegenden relativ gestreckten Bogenlinien derart verkleinern, dass mindestens auf einer Teillänge der Kokille die Strangschale beim Durchlauf über den gesamten Umfang leicht verformt d.h. gestreckt wird.
Je nach dem gewählten Giessformat und vorgesehener maximaler Giessgeschwindigkeit kann eine optimale Kokillenlänge bestimmt werden. Giessformate zwischen 120 x 120 mm2 und 160 x 160 mm2 lassen sich mit hohen Giessgeschwindigkeiten mit einer Kokillenlänge von ca. 1000 mm unter Weglassung einer Strangabstützung optimal giessen.
Grosse Eckausrundungen im Formhohlraum schaffen nicht nur Vorteile beim Giessen mit einer Giesspulverabdeckung des Badspiegels. Mit zunehmender Grosse der Eckausrundung ist es auch möglich, die Rührwirkung im Badspiegel und im flüssigen Sumpf bei gleichbleibender elektrischer Rührerleistung zu erhöhen. Diese Möglichkeit, die Rührleistung durch die geometrische Gestaltung des Formhohlraumes zu verbessern, schafft zusätzliche konstruktive Freiheiten beim Einbau von Rührern in Knüppel- und Vorblockkokillen.
Im Nachfolgenden werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung er- Jäutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer Stranggiessanlage,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Kupferrohr einer Vorblockkokille,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Eckausbildung eines Formhohlraumes mit Hohlkehl- bogen,
Fig.4 eine Draufsicht auf ein Kupferohr mit Umfangslinien des Formhohlraumquer-
Schnittes,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Kupferrohr mit Umfangslinien eines weiteren Form- Hohlraumqurschnittes, Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch einen halben Strang in der Sekundärkühlzone,
Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch ein anderes Beispiel eines halben Stranges in der
Sekundärkühlzone und
Fig. 8 einen Horizontalschnitt durch einen halben Vorprofilstrang in der Sekundärkühl- Zone.
In Fig. 1 fliesst durch eine Ausgussdüse 2 eines Zwischengefässes 3 flüssiger Stahl in vertikaler Richtung einer Kokille 4 zu. Die Kokille 4 hat einen rechteckigen Formhohlraum für einen Knüppelquerschnitt von beispielsweise 120 x 120 mm2. Mit 5 ist ein teilweise erstarrter Strang mit einer Strangschale 6 und einem flüssigen Kern 7 dargestellt. Eine höhenverstellbare elektromagnetische Rühreinrichtung 8 ist schematisch ausserhalb der Kokille 4 dargestellt. Sie kann auch innerhalb der Kokille 4, beispielsweise im Wassermantel, angeordnet sein. Die Rühreinrichtung 8 erzeugt eine horizontal kreisende Dreh- bewegung im Badspiegelbereich und im flüssigen Sumpf. Unmittelbar an die Kokille 4 anschliessend folgt eine strangabstützungsfreie erste Sekundärkühlzone, die mit Sprühdüsen 9 versehen ist.
In Fig. 2 ist mit 10 ein Formhohlraum eines Kokillenrohres 11 mit Hohlkehlbogen 12, 12', 13, 13' in den Eckbereichen ausgestattet. Die Ausrundung 14, 15 der Hohlkehlbogen 12, 12', 13, 13' beträgt in diesem Beispiel je ca. 20 % einer Seitenlänge 16 des Strangquerschnittes. Der Krümmungsgrad 1/R des eingiessseitigen Hohlkehlbogens 12, 13 ist unterschiedlich gegenüber dem Krümmungsgrad 1/R des Hohlkehlbogens 12", 13' am Ko- killenausgang. Mindestens entlang einer Teillänge der gesamten Kokillenlänge verkleinert sich der Krümmungsgrad 1/R des Hohlkehlbogens 12, 13 von beispielsweise 1/R = 0,05 auf einen Krümmungsgrad 1/R des Hohlkehlbogens 12', 13' von beispielsweise 1/R = 0,046. Durch die Wahl der Grosse der Verkleinerung des Krümmungsgrades kann gezielt eine Spaltaufhebung zwischen der sich bildenden Strangschale und der Formhohl- raumwand bzw. eine gezielte Strangschalenumformung und damit der Wärmefluss zwischen der Strangschale und der Formhohlraumwand gesteuert werden. Neben dem erhöhten und über den Umfang gesehen vergleichmässigten Wärmefluss trägt auch die Grosse der Ausrundung 14, 15 dazu bei, dass trotz hoher Giessgeschwindigkeit der teilweise erstarrte Strang unmittelbar nach dem Verlassen des Formhohlraumes ohne oder mit reduzierter Strangabstützung durch die Sekundärkühlzone geführt werden kann. Bei einem vorgegebenen Format kann durch eine Vergrösserung der Ausrundungen 14, 15 gezielt ein gerader Abschnitt 17 zwischen den Ausrundungen 14, 15 so verkleinert werden, dass schädliche Ausbauchungen der Strangschale trotz strangabstützungsfreier Sekundärkühlzone vermieden werden können. Bei grossen Formaten oder wenn aus technischen Gründen die Grosse der Ausrundungen limitiert ist, kann eine in ihrer Stützbreite reduzierte Strangabstützung vorgesehen werden.
In Fig. 3 ist eine Ecke 19 eines Formhohlraumes in vergrössertem Massstab dargestellt. Fünf Hohlkehlbogen 23 - 23"" stellen im Sinne von Höhenkurven die Geometrie der Eckausbildung dar. Die Anschlusspunkte der Hohlkehlbogen 23 - 23"" an die geraden Abschnitte 24 - 24"" von Umfangslinien des Kokillenquerschnittes können entlang der Linien R, R4 oder R1, R4 gewählt werden. Die Abstände 25 - 25'" zeigen in diesem Beispiel eine stetige Konizität entlang der geraden Seitenwände. Die Hohlkehlbogen 23 - 23"" sind durch eine mathematische Kurvenfunktion IXI" + IYI" = IRI" definiert, wobei durch Wahl des Exponenten „n" unterschiedliche Krümmungsgrade festlegbar sind. Der Krümmungsgrad der Hohlkehlbogen 23 - 23'" ist entlang des Bogens unterschiedlich. Er schwillt auf einen maximalen Krümmungsgrad im Punkt 30 - 30'" an und von diesem wieder ab. In Stranglaufrichtung verkleinert sich der maximale Krümmungsgrad von Hohlkehlbogen zu Hohlkehlbogen. Der Hohlkehlbogen 23"" ist in diesem Beispiel ein Kreisbogen. Die Exponenten der Hohlkehlbogen sind in diesem Beispiel wie folgt gewählt:
Hohlkehlbogen 23 Exponent „n" = 4,0 Hohlkehlbogen 23' Exponent „n" = 3,5 Hohlkehlbogen 23" Exponent „n" = 3,0 Hohlkehlbogen 23'" Exponent „n" = 2,5 Hohlkehlbogen 23"" Exponent „n" = 2,0 (Kreisbogen)
Durch die Auswahl der Exponenten wird der Krümmungsgrad der sich in Stranglaufrichtung folgenden Hohlkehlbogen 23 - 23"" so verändert bzw. verkleinert, dass gezielt eine Spaltaufhebung zwischen der Strangschale und der Kokillenwand bzw. eine gezielte Strangschalenverformung im Bereich der Hohlkehlbogen 23, 23"" steuerbar ist. Diese Steuerung der Spaltaufhebung bzw. einer leichten Strangschalenumformung erlaubt es, den Sollwärmedurchgang zu kontrollieren, insbesondere wird aber eine Vergleichmässi- gung des Sollwärmedurchganges entlang der Hohlkehlbogen in allen Eckbereichen des Stranges beim Durchlauf durch den Formhohlraum erreicht.
In Fig. 4 sind für eine klare Uebersicht nur drei in Stranglaufrichtung sich folgende Um- fangslinien mit Hohlkehlbogen 51 - 51" eines quadratischen Formhohlraumes 50 dargestellt. Die Umfangslinien sind aus je vier Hohlkehlbogen 51 - 51", die einen Winkel von 90° einschliessen, zusammengesetzt.
Für die Berechnung der Umfangslinien 51 - 51" ist folgende mathematische Funktion verwendet worden: IXI" + IYI" = IR-tl"
Diesem Beispiel sind folgende Zahlenwerte zu Grunde gelegt:
Figure imgf000010_0001
Zur Erreichung einer Strangschalenverformung, insbesondere entlang der im Wesentlichen geraden Seitenwände zwischen den Eckbereichen (Convex Technology) entlang einer eingiessseitigen oberen Teillänge der Kokille, wird ein Exponent „n" bei der Bogen- linie 51 von 4 und bei der in Stranglaufrichtung sich folgenden Bogenlinie 51' von 5 gewählt. In einer unteren Teillänge der Kokille wird der Exponent 5 der Bogenlinie 51' auf 4,5 bei der Bogenlinie 51" verkleinert und damit eine optimale Eckkühlung erreicht.
Diese Vergrösserung des Exponenten „n" von 4 auf 5 zeigt an, dass in der oberen Teillänge der Kokille eine Strangschalenverformung an den im Wesentlichen geraden Seitenwänden zwischen den Eckbereichen und in der unteren Teillänge der Kokille durch Verkleinerung des Exponenten „n" von 5 auf 4,5 ein optimaler Strangschalenkontakt und eventuell eine geringe Strangschalenverformung in den Eckbereichen des Formhohlraumes stattfindet.
Fig. 5 zeigt eine Rohrkokille 62 zum Stranggiessen von Knüppel- oder Vorblockformaten mit einem Formhohlraum 63. Der Querschnitt des Formhohlraumes 63 ist am Kokillenausgang quadratisch und zwischen benachbarten Seitenwänden 64 - 64'" sind Eckbe- reiche 65 - 65'" angeordnet. Die Hohlkehlbogen 67, 68 sind keine Kreislinien sondern Kurven, gemäss der mathematischen Funktion IXI" + IYI" = IRI", wobei der Exponent „n" einen Wert zwischen 2 und 2,5 aufweist. Im oberen Kokillenteil sind auf einer Teillänge von 40 % - 60 % der Kokillenlänge die Seitenwände 64 - 64'" zwischen den Eckbereichen 65 - 65'" konkav gestaltet. Auf dieser Teillänge nimmt eine Bogenhöhe 66 in Stranglaufrichtung ab. Eine in der Kokille sich bildende konvexe Strangschale wird entlang der oberen Teillänge der Kokille geglättet. Die Bogenlinie 70 kann aus einer Kreislinie, einer zusammengesetzten Kreislinie oder aus einer Kurve auf der Grundlage einer mathematischen Funktion gebildet sein. In der unteren Teillänge der Kokille sind die geraden Seitenwände 71 der Kokille mit einer der Schwindung des Strangquerschnittes entsprechenden Formhohlraumkonizität versehen.
Alle Formhohlräume in den Fig. 1 - 5 sind zur Vereinfachung mit einer geraden Längsachse versehen. Die Erfindung ist aber auch für Kokillen mit gebogener Längsachse für Kreisbogenstranggiessanlagen anwendbar. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Formhohlraumes ist im weiteren nicht auf Rohrkokillen eingeschränkt. Sie ist auch bei Platten- oder Blockkokillen etc. anwendbar.
In Fig. 6 ist die Hälfte eines im wesentlichen rechteckigen Strangquerschnittes 60 mit einer erstarrten Strangschale 61 und einem flüssigen Kern 62 dargestellt. Die Umfangs- linie des halben Strangquerschnittes 60 ist aus 2 Teilkurven 65, die einen Winkel von 90° einschliessen, zusammengesetzt, deren Form dem Ausgangsquerschnitt des Formhohlraumes der Kokille entspricht. Die Teilkurven 65 folgen der mathematischen Beziehung
Figure imgf000012_0001
Die Länge jeder Ausrundung 64 der Teilkurven 65 beträgt 50 %, bzw. beide Ausrundun- gen 64 zusammen entsprechen 100 % des Strangseitenmasses 66. Pfeile 68 deuten den ferrostatischen Druck, der auf die Strangschale 61 wirkt, an. Die Summe der beiden Ausrundungen 64 der Teilkurven 65 sind grösser als 70 % des 66 und eine Strangab- stützung in der Sekundärkühlzone ist somit in diesem Beispiel nicht erforderlich.
In Fig. 7 ist gegenüber Fig. 6 die Umfangslinie des halben Strangquerschnittes aus zwei Kreisbogen 75 mit einem Ausrundungsmass 76 von 30 % und geraden Abschnitten 77 von 40 % des Strangseitenmasses 78 zusammengesetzt. Die geraden Abschnitte 77 zwischen den Kreisbogen 75 sind in diesem Beispiel grösser als 30 % des Strangseitenmasses 78 und eine in ihrer Stützbreite und Stützlänge reduzierte Stützführung in der Form von Stützrollen 79 kann angeordnet werden. In der Regel genügt eine Stützrollenbreite, die der Länge des geraden Abschnittes entspricht oder etwas kürzer als dieser ist. Pfeile 79 deuten den ferrostatischen Druck, der auf die Strangschale 71 wirkt, an.
In Fig. 8 ist ein Beispiel eines Vorblockstranges in der Form eines Vorprofiles 80 für ei- nen Doppel-T-Träger dargestellt. Auch ein Formhohlraum für Vorprofile 80 weist Ecken auf, die mit Hohlkehlbogen 81 versehen sind. Ein Strangseitenmass 82 ist aus zwei Hohlkehlbogen 81 mit Ausrundungen 83 von beispielsweise 40 % und einem im wesentlichen geraden Abschnitt 84 von beispielsweise 20 % zusammengesetzt ist. Der durch Pfeile 85 angedeutete ferrostatische Druck auf die Strangschale 86 erzeugt bei Doppel- T-Träger-Strängen gemäss Stand der Technik eine Ausbauchung, wenn nicht, wie in diesem Beispiel, durch besondere Massnahmen die Formgebung durch eine Wahl entsprechender Hohlkehlbogen 81 oder eine entsprechende Stützführung angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel ist durch die Wahl der Länge und Geopmetrie der Ausrundungen 83 in der Form einer Superelipse eine Strangschale entstanden, die dem ferrostati- sehen Druck ohne Stützführung standhält. Bei zunehmendem Strangseitenmass 82 kann bei einer entsprechenden Dimensionierung der beiden Ausrundungen eine reduzierte Stützführung in der Sekundärkühlzone genügen.
In den Fig. 6 - 8 sind die Horizontalschnitte durch die Stränge unmittelbar nach dem Ko- killenaustritt dargestellt. Zur Vereinfachung und für eine bessere Uebersicht sind die in einer Sekundärkühlzone angeordneten Sprühdüsen weggelassen worden.

Claims

Patentansprüche
1. Stahlstranggiessanlage für Knüppel- und Vorblockformate, vorzugsweise mit im wesentlichen rechteckigem Strangquerschnitt, wobei die Umfangslinie des Formhohlraumquerschnittes der Kokille in Ecken mit Hohlkehlbogen versehen und der flüssige Stahl im wesentlichen vertikal dem Formhohlraum zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrundung der Hohlkehlbogen mindestens 10 %, vorzugsweise 20 % oder mehr der Seitenlänge des Strangquerschnittes beträgt und dass sich in Stranglaufrichtung mindestens entlang einer Teillänge der gesamten Kokillenlänge der Krümmungsgrad 1/R der Hohlkehlbogen verkleinert und dadurch eine gezielte Spaltaufhebung zwischen der Strangschale und der Kokillenwand bzw. eine gezielte Strangschalenumformung im Bereich des Hohlkehlbogens steuerbar ist, und dass unmittelbar an die Kokille anschliessend format- und giessge- schwindigkeitsabhängig eine strangabstützungsfreie Sekundärkühlzone oder eine in ihrer Stützbreite und/oder Stützlänge reduzierte Stützführung in der Sekundär- kühlzone angeordnet ist.
2. Stranggiessanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise bei Strangformaten kleiner als etwa 150 x 150 mm2 und einer Gesamtlänge der Ausrundungen der beiden einer Strangseite zugeordneten Hohlkehlbogen von et- wa 70 % und mehr des Strangseitenmasses die strangabstützungsfreie Sekundärkühlzone unmittelbar an die Kokille anschliessend angeordnet ist.
3. Stranggiessanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise bei Strangformaten grösser als etwa 150 x 150 mm2 und einer Länge eines gera- den Abschnittes zwischen den beiden einer Strangseite zugeordneten Hohlkehlbogen von etwa 30 % und mehr des Strangseitenmasses die in ihrer Stützbreite und/oder Stützlänge reduzierte Stützführung in der unmittelbar an die Kokille an- schliessenden Sekundärkühlzone angeordnet ist.
4. Stahlstranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsverlauf entlang des Hohlkehlbogens auf einen maximalen Krümmungsgrad 1/R an- und von diesem wieder abschwillt und dass sich in Stranglaufrichtung der maximale Krümmungsgrad 1/R des Hohlkehlbogens stetig oder unstetig verkleinert.
5. Stahlstranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen rechteckige Formhohlraumquerschnitt aus vier Hohl- kehlbogen besteht, die je etwa einen Viertel des Querschnittumfanges einschlie- ssen und dass die Hohlkehlbogen der mathematischen Funktion
Figure imgf000014_0001
folgen, sowie der Wert des Exponenten „n" zwischen 3 und 50, vorzugsweise zwischen 4 und 10, beträgt.
6. Stahlstranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkehlbogen Krümmungsverläufe aufweisen, die der mathematischen Funktion IXI" +IYI" = IRI" folgen und dass zwischen den Hohlkehlbogen angeordnete Abschnitte der Umfangslinie schwach gekrümmte Bogenlinien aufweisen, deren Krümmungsgrad sich mindestens auf einer Teillänge der Kokille in Stranglauf- richtung verkleinern und dadurch die Strangschale beim Durchlauf durch die
Teillänge verformen.
7. Stahlstranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum zum Kokillenausgang hin mit einer Giesskonizität gemäss der mathematischen Formel IXI" + IYI" = IR - tl" versehen ist, wobei t ein Mass für die Konizität ist.
8. Stahlstranggiessanlage nach einem der Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokillenhohlraum eine Länge von etwa 1000 mm aufweist.
9. Stahlstranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass Sprühdüsen unmittelbar anschliessend an die Kokille angeordnet sind, die den Strang gleichmässig kühlen.
10. Stranggiessanlage nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille mit elektromagnetischen Rühreinrichtungen versehen ist, insbesondere solche, die das Stahlbad im Kokillenbereich in eine horizontal kreisende Drehbewegung versetzen.
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