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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei welchem der geschmolzene Stahl in eine kontinuierlich fortbewegte
Giessform einer Giesseinrichtung gegossen wird, welche.
Giessform aus mindestens einer sich bewegenden, endlosen
Oberfläche in Verbindung mit weiteren abdichtenden Ober flächen als geschlossene Giessform ausgebildet ist und ge kühlt wird, wonach der abgekühlte Stahlstrang aus der
Giesseinrichtung kontinuierlich herausbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Oberflächengüte des Stahlstranges der geschmolzene Stahl in der Giessform teilweise erstarrt, so dass sich eine dünne Umfangshaut bil det, wonach der mindestens teilweise erstarrte Stahlstrang, dessen Oberflächentemperatur mindestens 1366 K und höchstens 1644 K beträgt, aus der Giessform mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6,1 mlmin herausbewegt und dann durch Beaufschlagen mit versprühtem Kühlmittel kon tinuierlich gekühlt wird,
wobei der Stahlstrang einen Messwert der Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,025 mm besitzt und die durchschnittliche Tiefe der Gussnarben kleiner ist als 2,54 mm.
2. Giesseinrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit einem rotierenden Giessrad (10), mit einer in seinem Umfang ausgearbeiteten Giessnut (G) und mit einer Kühlvorrichtung (18) mit Trag- (19) und Führungsrollen (26) des Stahlstranges (C) sowie Verteilern (21, 21') des Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Längsausdehnung der Giessnut (G) mit einem endlosen Metallband (11) abgedichtet ist, so dass die Giessnut (G) mit dem Metallband (11) eine geschlossene, kontinuierliche Giessform (M) mit unendlich verlaufenden Oberflächen bildet und dass diese Oberflächen und der gegossene Stahl ohne relative Bewegung zwischen den Oberflächen und dem gegossenen Stahl fortbewegbar sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei welchem der geschmolzene Stahl in eine kontinuierlich fortbewegte Giessform einer Giesseinrichtung gegossen wird, welche Giessform aus mindestens einer sich bewegenden, endlosen Oberfläche in Verbindung mit weiteren abdichtenden Oberflächen als geschlossene Giessform ausgebildet ist und gekühlt wird, wonach der abgekühlte Stahlstrang aus der Giesseinrichtung kontinuierlich herausbewegt wird.
Bei den üblichen Verfahren zum Stranggiessen von Metallen, beispielsweise von Stahl, wird das geschmolzene Metall in eine vertikale Giessform gegossen, die am Ende offen ist. Die Form kühlt den Umfangsbereich des Metalls und bringt eine Haut oder Schale desselben, die an der Giessformwand anliegt, zum Verfestigen, um einen Strang zu begrenzen, der kontinuierlich vom unteren Bereich der Giessform abgeführt wird, während geschmolzenes Metall oben in die Giessform mit einer Eingiessrate eingegossen wird, die so eingestellt ist, dass sie der Rate des Abführens des Strangs entspricht. Nach dem Austritt aus der Giessform wird der heisse Strang gekühlt, beispielsweise durch Wasserstrahlen, die auf den halbverfestigten Strang gesprüht werden, um einen voll verfestigten Strang zu bilden.
Der Kühlvorgang, dem der Strang nach dem Austritt aus der Giessform unterzogen wird, ist in der Technik als Sekundärkühlen bekannt und reicht dazu aus, um die Verfestigung des Strangs zu vervollständigen, bevor dieser einer Nachbehandlung unterzogen wird.
Bei den meisten Stranggiesseinrichtungen ist die Achse der Giessform vertikal, und der Strang tritt vertikal nach unten aus der Giessform aus. Nachdem der Strang vollständig verfestigt ist, werden Stücke gewünschter Stranglänge von dem sich bewegenden Strang abgetrennt. Da es erforderlich ist, dass der Strang vollständig verfestigt ist, bevor das Trennen stattfindet, sind die Giessgeschwindigkeiten durch die die vertikale Höhenausdehnung betreffenden Gegebenheiten und Möglichkeiten beschränkt, d. h., man muss die Giessgeschwindigkeit so weit begrenzen, dass eine vollständige Erstarrung innerhalb vernünftiger vertikaler Ausdehnungen des Bereichs zwischen Giessform und Trennstation stattfinden kann. Andernfalls werden die Baukosten der Fabrikationsanlage enorm hoch.
Beim Giessen von Stahl treten diese Probleme besonders stark zutage wegen der hohen Temperatur des geschmolzenen Stahls und der sich dadurch ergebenden langen Zeitspanne, die für das vollständige Verfestigen des Strangs gebraucht wird. Bei typischen Einrichtungen zum Stranggiessen von Stahl ist beispielsweise ein Abstand von über zwanzig Metern zwischen Giessform und Trennstation nicht ungewöhnlich, und selbst bei diesem grossen Abstand muss die Giessgeschwindigkeit noch auf einen Wert herabgesetzt werden, der unter dem theoretisch möglichen Wert liegt.
Um die Anforderungen an die vertikale Höhenausdehnung zu verringern, hat man bereits vorgeschlagen, den Strang in einer vertikal angeordneten Giessform zu giessen, dann den austretenden Strang in einer vertikal angeordneten, zweiten Kühlzone zu kühlen, in der der Strang von Rollen unterstützt ist. Der Strang wird sodann durch paarweise angeordneten Druckrollen in den horizontalen Verlauf umgebogen. Bei diesen Einrichtungen wird der Strang um einen Winkel von etwa 90" so abgebogen, dass der gebogene Strang tangential zur Horizontalen wird.
Am Tangentenpunkt wird der Strang zurückgebogen, durch paarweise angeordnete Druckrollen wieder gerade gerichtet und sodann horizontal zu einer Trennstation geführt Dies bietet die Möglichkeit, die Höhe der Einrichtung in gewisser Weise zu verringern, hat sich jedoch nicht als eine zufriedenstellende Lösung des Problems erwiesen, da für das Biegen ein Bogen mit verhältnismässig grossem Radius erforderlich ist. Selbst bei einem grossen Radius bereitet es Schwierigkeiten, den Strang zu biegen und dann den verfestigten Strang wieder zurückzubiegen, ohne dass es zu Rissbildungen oder anderweitigen Beschädigungen des Strangs kommt.
Eine weitere Verringerung der Gesamthöhe und Gesamtlänge von Giesseinrichtungen hat man erreicht, indem man den Giesshohlraum gekrümmt ausgebildet hat, so dass der Strang aus der Giessform in gekrümmtem Zustand entsprechend dem gekrümmten Verlauf der Giessform austritt.
Giessformen mit gekrümmten Hohlräumen haben sich jedoch ebenfalls nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen.
Giessformhohlräume sind üblicherweise mit Auskleidungen aus Kupfer wegen dessen guter Wärmeleitfähigkeit versehen.
Die gebogenen Giessformauskleidungen aus Kupfer bedingen jedoch höhere Herstellungs- und Wartungskosten als geradlinige Kupferauskleidungen, wie sie für geradlinige Formhohlräume verwendet werden. Ausserdem lässt sich eine Giessform mit einem gekrümmten Hohlraum schwieriger richtig ausrichten, als dies bei einer Giessform mit geradlinigem Hohlraum der Fall ist. Allerdings muss der Strang, der in geradem Zustand aus einem geradlinigen Giessform Hohlraum austritt, anschliessend in die gekrümmte Bahn umgebogen werden, und dieses Biegen nimmt zusätzlichen vertikalen Bauraum in Anspruch, verglichen mit dem vertikalen Bauraum, der bei Einrichtungen erforderlich ist, die gekrümmte Formhohlräume besitzen. Bei bekannten Giesseinrichtungen rechtfertigen daher die Vorteile des Führens
des Strangs längs einer gekrümmten Bahn aus der Giessform heraus die fortgesetzte Anwendung gekrümmter Bahnen, wobei diese Vorteile jedoch durch die oben erwähnten
Schwierigkeiten, die bei diesen gekrümmten Formhohlräumen auftreten, wieder geschmälert werden.
Ausser den Anstrengungen, die Anforderungen an die vertikale Bauhöhe beim Stranggiessen zu verringern, hat man sich fortlaufend bemüht, die Giessgeschwindigkeit zu steigern. Es ist bekannt, dass eine fortwährende Relativbewegung zwischen Strang und Giessform den Wärmeübergang von dem sich verfestigenden Strang auf die Giessformwand behindert und dadurch die Giessgeschwindigkeit begrenzt. Die bemerkenswerteste Erhöhung der Giessgeschwindigkeit hat man bis jetzt erreicht, indem man die Giessform in Giessrichtung um eine kurze Weglänge oszillieren lässt, vgl. US-PS 2 135 183. Beim Giessen von Stahl beträgt das übliche Ausmass der Oszillationsbewegung der Giessform etwa J/lo bis l/30 der Länge der Form, also beispielsweise 1,6 bis 51 mm.
Bei bekannten Konstruktionen werden Giessformen mit gekrümmten Formhohlräumen in einem Bogen hin und her bewegt, der der Krümmung der Bahn entspricht, längs deren der Strang aus der Giessform geführt wird. Wenn jedoch, um die oben. erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, die mit gekrümmten Formdurchgängen verbunden sind, eine Giessform mit einem geradlinigen Hohlraum verwendet wird, dann muss der Strang in einer geradlinigen, vertikalen Linie aus der Giessform heraus und ausreichend weit geführt werden, um ein Scheuern der unteren Kante der Giessform auf dem Strangteil zu vermeiden, der in der gekrümmten Bahn innen gelegen ist. Damit ist jedoch eine Vergrösserung des erforderlichen vertikalen Bauraums verbunden.
Ausserdem haben Versuche gezeigt, dass bei höheren Giessgeschwindigkeiten bei einem Strang, der in einem geradlinigen Formhohlraum gegossen und dann in eine gekrümmte Bahn gebogen wird, in der er die Form verlässt, die Gefahr der Ausbildung von inneren Defekten und von Oberflächenrissen besteht.
Ein weit ersteres Problem, das sowohl bei geradlinigen als auch bei gekrümmten Formhohlräumen gemeinsam auftritt, ist eine unmittelbare Folge einer Erhöhung der Giessgeschwindigkeit, nämlich das Problem, zufriedenstellende Oberflächeneigenschaften zu erhalten.
Bei Strängen, die mit einer oszillierenden Giessform erzeugt sind, ist das Vorhandensein von Schwingmarken oder Ringen charakteristisch, die sich in der Oberfläche des Strangs rings um diesen herum erstrecken. Aufgrund der Reibung zwischen dem sich bewegenden, gegossenen Strang und der oszillierenden Formoberfläche werden axiale Belastungen auf die dünne erstarrende Metallschale ausgeübt.
Diese wechselnden Belastungen können Oberflächenrisse oder andere Fehler in Abständen längs des Strangs hervorrufen, gewöhnlich Fehler in Form von Ringen, die den gesamten Umfang des Strangs umgeben. Diese Ringe sind in Abständen angeordnet, die dem Gesamtvorschub des Strangs zwischen aufeinanderfolgenden Schwinghüben der Form entsprechen, d.h., wenn der Gesamtvorschub des Strangs (der sich gewöhnlich ununterbrochen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt) 51 mm zwischen dem Beginn eines rücklaufenden Hubs der Form und dem Beginn des nächstfolgenden rücklaufenden Hubs beträgt, dann zeigen sich die Ringe in Abständen von 51 mm. Die Breite der Ringe, d. h.
ihre Ausdehnung in Längsrichtung des betreffenden Strangs, an dem diese Fehler festzustellen sind, variiert entsprechend den Betriebsbedingungen beim Giessvorgang. Bei äusserster Sorgfalt und wenn mit geringer Giessgeschwindigkeit gearbeitet wird, lassen sich diese Erscheinungen auf ein Mindestmass herabmindern; im allgemeinen steht die Breite der Ringe jedoch mit der Zeitdauer des rücklaufenden Hubs der Form in Beziehung, d.h., wenn der rücklaufende Hub ein Viertel der Zeitdauer einer Schwingperiode in Anspruch nimmt, dann bildet sich ein Ring, dessen Breite zumindest ein Viertel der Oberfläche des Formhohlraums beträgt.
Diese Ringe sind durch eine aufgerauhte äussere Oberfläche gekennzeichnet, häufig mit Oberflächenrissen sowie mit häufigem Auftreten von Blutungen , d.h. ausgelaufenem, geschmolzenem Metall durch Verletzungen der zuvor erstarrten Haut des Strangs, wobei eine anschliessende Erstarrung des ausgelaufenen Metalls eingetreten ist. Die kristalline Struktur des unmittelbar unter den Ringen gelegenen Metalls ist ebenfalls unregelmässig und gestört.
Im Falle von Nichteisenmetallen sind diese Defekte unerwünscht, jedoch nicht zu schwerwiegend. In vielen Fällen lassen sich dabei die Stränge trotz der Unzulänglichkeiten ihrer Oberfläche ohne Schwierigkeiten walzen, strangpressen (extrudieren) oder anderweitig bearbeiten. In anderen Fällen ist ein leichtes Schälen oder eine andere, auf die Oberfläche einwirkende Behandlung ausreichend, um sämtliche unerwünschten Oberflächenfehler zu entfernen. Im Falle von Stahl können jedoch derartige Oberflächenfehler nicht hingenommen werden, und es ist wirtschaftlich nicht möglich, die Unzulänglichkeiten durch Schälen zu entfernen. Darüber hinaus ist beim wirtschaftlichen Stranggiessen von Stahl eine weit höhere Giessgeschwindigkeit anzustreben, als sie beim Giessen von Nichteisenmetallen üblich oder wünschenswert ist.
Es wurde gefunden, dass die erhöhte Giessgeschwindigkeit in stärkstem Masse die auftretenden Schwierigkeiten vergrössert. So ist beispielsweise beim Giessen von Nichteisenmetallen in Giessformen dieser Art eine Giessgeschwindigkeit von 76 bis 152 cm pro Minute üblicherweise angemessen, und bei derartigen Geschwindigkeiten sind bei Nichteisenmetallen die Oberflächenfehler noch tragbar.
Beim Giessen von Stahl betragen die Giessgeschwindigkeiten anderseits bis über 5 m pro Minute, wie es bereits erfolgreich beim bekannten Verfahren erreicht wurde, wobei der in bezug auf die Geschwindigkeit erzielte Erfolg jedoch dadurch geschmälert wird, dass bei Geschwindigkeiten etwa in dieser Grössenordnung oder darüber die Oberflächenfehler innerhalb der Ringbereiche vielfach äusserst ungünstig sind. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringen ist die Oberfläche gewöhnlich gut, und es liegt eine annehmbare innere, kristalline Struktur vor.
Vom theoretischen Gesichtspunkt aus käme daher als ideale Form für die Giessform beim Stranggiessen eine gekrümmte Form von sehr grosser Länge in Frage. Da dies jedoch in der Praxis nicht verwirklichbar ist, wurden andere Einrichtungen zur Anwendung gebracht.
So wurde vorgeschlagen, endlose Träger, wie rotierende Trommeln, Räder oder dergleichen oder bewegte endlose Bänder oder endlose Ketten aus Giessformabschnitten zu benutzen, die miteinander verbunden sind, um eine Giessform am Anfang des Erstarrungsprozesses zu bilden, und die sich voneinander am Ende des Erstarrungsprozesses wieder trennen, um das erstarrte Metall freizugeben. Da die Oberflächen derartiger bewegbarer Träger relativ zu dem Metall während des Erstarrungsprozesses stationär bleiben können, bieten sich für die Erstarrung des Metalls mit guter kristalliner Struktur und glatten Oberflächeneigenschaften günstige Bedingungen. Während derartige Verfahren zwar einige theoretische Vorzüge bieten, hat die Praxis jedoch enttäuschende Erfahrungen mit diesen gebracht.
Konstruktive und betriebliche Schwierigkeiten haben dem praktischen, erfolgreichen Betrieb so viele Hindernisse in den Weg gelegt, dass derartige Verfahren sich in der aktuellen, kommerziellen Anwendung kaum oder gar nicht durchgesetzt haben.
Man hat daher als Kompromiss bis heute die Verwendung oszillierender Giessformen mit gekrümmten Form hohlräumen als befriedigende Lösung im Hinblick auf das Verringern der Bauhöhe der Einrichtung und im Hinblick auf das Erhöhen der Giessgeschwindigkeit angesehen, ungeachtet der Probleme, die bei oszillierenden, gekrümmten Formauskleidungen oben beschrieben worden sind.
Horizontale Giessformen wurden bislang für das Stranggiessen von Aluminium und einigen anderen Nichteisenmetallen in Einrichtungen benutzt, bei denen das geschmolzene Metall durch eine feuerfeste Zuführröhre, die sich durch eine Stirnwand der Giessform erstreckt, in eine horizontale Giessform eingegossen wird. Beim Giessen von Aluminium wird die Zuführröhre durch das geschmolzene Aluminium nicht benetzt und bleibt, während der Giessvorgang fortschreitet, sauber. Wenn jedoch Stahl gegossen wird und insbesondere, wenn man eine oszillierende Giessform benutzen will, kann diese Art der horizontalen Giessform mit einer feuerfesten Zuführröhre nicht angewendet werden. Es hat sich gezeigt, dass Stahl die Röhre benetzt und an der Röhre ringsum erstarrt.
Der erstarrte Stahl neigt dazu, eine falsche Röhre auszubilden, die sich längs der Giessform erstreckt, wodurch es letztlich zu einem Ausbruch geschmolzenen Metalls am Austrittsende der Giessform kommt.
Ausserdem ist es bekannt, dass die Lage und Richtung des einfliessenden Stroms geschmolzenen Metalls in hohem Masse den Erstarrungsprozess beeinträchtigt und damit auch das hergestellte Erzeugnis.
Eine horizontale Giessform macht gewöhnlich einen ho rizontal einfliessenden Strom geschmolzenen Metalls erforderlich, der gegen das Metall anspült, welches sich bereits an der Formwand zu verfestigen beginnt. Dadurch wird ein Rückschmelzen des erstarrenden Metalls bewirkt, was oftmals zu einem Ausbluten geschmolzenen Metalls zur Aussenseite des Strangs führt. Wenn die Geschwindigkeit des einfliessenden Metalls gross ist oder so hoch ist, dass eine Turbulenz in dem Bad geschmolzenen Metalls hervorgerufen d, kann es zum Einschluss von Gasblasen und Oxydpartikeln, von Schlacke oder auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmendem Schmutz kommen, wodurch Hohlräume und Einschlüsse in dem Strang hervorgerufen werden und wobei es manchmal sogar zu Porigkeit und Lunker- oder Rohrbildung in dem Strang kommt.
Zu allermindest zeigt ein horizontal erstarrter Strang innere Veränderungen über seine Querschnittsfläche aufgrund der Schwerkraftwirkung. Beispielsweise neigen eingeschlossene Gase und Leichtpartikel dazu, nach aufwärts gegen die Oberseite des Strangs zu schwimmen. Daher kann der Zentralbereich des Strangs defektfrei sein, während sich in der Nähe eines Seitenrands des Strangs ein Porositätsbereich oder ein Bereich mit Einschlüssen befindet. Diese nichtzentrische Verteilung von Defekten ist vielfach ungünstiger als bei zentrischer Anordnung der Defekte, da dadurch unvorhersehbare Veränderungen bei nachfolgender Bearbeitung verursacht werden können, beispielsweise beim Warmwalzen zum gewalzten Strang.
Dementsprechend ist es wünschenswert, wenn das Bad des geschmolzenen Metalls oben offen oder an der Oberseite exponiert ist, so dass es vermieden werden kann, dass enthaltene Gase oder andere Verunreinigungen in dem erstarrenden Strang eingeschlossen werden, oder dass derartige Einschlüsse zumindest auf den Zentralbereich beschränkt sind, wo sie am wenigsten schädlich sind.
Wenn ein ununterbrochener Strang rechtwinkligen Querschnitts anfänglich innerhalb einer typischen horizontalen Giessform erstarrt, sind die (üblicherweise) grösseren Oberflächen an Oberseite und Grund notwendigerweise einem plötzlicheren Abkühlen ausgesetzt. Die sich ergebenden Schrumpfeffekte bewirken, dass diese Oberflächen, insbesondere die Oberseite, sich von den Wänden der Giessform zurückziehen, bevor sie sich sehr weit von dem geschmol zenen Bad entfernen, und dass dadurch das anfängliche schnelle Kühlen verlangsamt wird. Da die verschiedenen
Ränder und Oberflächen nicht alle gleichförmig schrumpfen, sind die Kühlungsraten und damit die Temperaturen, Span nungen und die Dicken der erstarrten Schalen von Oberflä- che zu Oberfläche jeweils unterschiedlich.
Diese Nachteile treten bei höheren Giessgeschwindigkeiten zunehmend stär ker zutage, und bei fortgesetzter Bewegung des Strangs durch die Form erscheinen helle und dunkle Stellen auf dem aus der Giessform austretenden Barren. Die hellen Bereiche sind oftmals ein Anzeichen für Bereiche hoher Temperatur, wo ein Rückschmelzen der schon einmal erstarrten Schale auftreten kann. Das Rückschmelzen entsteht aufgrund des Wärmeübergangs von dem noch immer heissen Innenbereich des Strangs. An diesen Schwachstellen erzeugen Spannungen oder Beanspruchungen in der erstarrten Schale Risse, die zu Ausbrüchen oder anderen Oberflächenfehistellen führen können.
Die ungleichen Spannungen haben ausserdem eine weitere unerwünschte Folge, nämlich dass eine Art geometrischer Distorsion des gegossenen Strangs hervorgerufen wird, die als rhombische Verformung'bekannt und für das nachfolgende Bearbeiten des Strangs schädlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Stranggiessen von Stahl anzugeben und einen neuartigen gegossenen Stahlstrang zu schaffen, der im Vergleich zu üblichen stranggegossenen Stahlsträngen eine verbesserte Oberflächengüte hat, und ein weit schneller arbeitendes Verfahren für das Stranggiessen eines Stahlstrangs in Schmiedequalität anzugeben, der für ein unmittelbares Walzen zu Schmiedestahl-Erzeugnissen geeignet ist. Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale der Kennzeichnungen der Patentansprüche 1 und 2 erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen beispielsweise erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisiert gezeichnete Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung der Erfindung, welche Einrichtung ein drehbares Giessrad mit einer am Umfang desselben ausgebildeten Giessnut besitzt sowie ein endloses Metallband, das einen Längenabschnitt der Giessnut abdichtet;
Fig. 2 eine photographische Aufnahme eines Abschnitts des erfindungsgemässen Stranggusserzeugnisses, in der die glatte Oberfläche desselben gezeigt ist;
Fig. 3 eine photographische Aufnahme eines kommerziell nach einem bekannten Verfahren hergestellten Stranggusserzeugnisses, die die typischen Schwingmarken und die dadurch bedingte, sehr rauhe Oberfläche zeigt;
;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Querschnitt des erfindungsgemässen Stranggusserzeugnisses, die die sehr glatte Oberfläche desselben zeigt, und
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Querschnittsansicht des in Fig. 3 gezeigten Stranggusserzeugnisses, wobei wiederum das rauhe Oberflächenprofil gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt ein Giessrad 10 mit einer in seinem Umfang ausgearbeiteten Nut und einen endlosen, flexiblen Riemen oder ein Band 11, das mittels drei Band-Tragrollen 12, 14 und 15 in Anlage an einen Umfangsabschnitt des Giessrads gehalten ist. Die Band-Tragrolle 12 ist nahe der Stelle am Giessrad 10 angeordnet, an der geschmolzener Stahl aus einem Eingusstrichter 16 ausgegeben und in eine Giessform M eingegossen wird, die durch das Band 11 und die umfängliche Nut G rings um das Giessrad 10 gebildet wird. Die Band-Tragrolle 15 ist tangential ausserhalb von der Stelle am Giessrad 10 angeordnet, an der der teilweise erstarrte Stahl vom Giessrad 10 abgegeben wird.
Ausserhalb der Band-Tragrolle 15 gelegen befindet sich eine ausgedehnte Kühlsektion 18, die den gegossenen, teil weise erstarrten Stahlstrang, der aus dem Giessrad 10 austritt, aufnimmt und das Kühlen des Stahlstrangs zur vollständigen Verfestigung desselben steuert. Die Kühlsektion weist eine Mehrzahl von Tragrollen 19 auf, die am Rahmen 20 der Kühlsektion 18 gelagert sind, sowie mehrere Verteiler 21 und 21', wobei die Verteiler 21 oberhalb und unterhalb der Bahn P angeordnet sind, auf der der Stahl durch die Kühlsektion 18 hindurchläuft, und die Verteiler 21' seitlich der Bahn P des durch die Kühlsektion 18 hindurch verlaufenden Strangs angeordnet sind.
Die Tragrollen 19 können angetrieben oder freilaufend sein, da die Neigung der Tragrollen 19 vom Grund des Giessrads 10 einen allmählichen Verlauf hat und in den meisten Fällen die longitudinale Druckfestigkeit des heissen Stahlstrangs, der aus dem Giessrad austritt, ausreichend ist, um den Stahl die Steigung aufwärts zu schieben, ohne dass eine wesentliche Gefahr des Zusammenstauchens des Stahles bestünde. Wenn es jedoch gewünscht wird, die Aufwärtsbewegung des gegossenen Strangs auf der geneigten Bahn P zu unterstützen, können die Tragrollen 19 zwangsweise angetrieben sein. Bei Blickrichtung wie in Fig. 1 werden die Tragrollen 19 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so dass der auf ihnen liegende Strang C vom Giessrad 10 weggeführt wird.
Eine Mehrzahl oberer Rollen 26 ist oberhalb der Bahn, die den gegossenen Strang C durch die Kühlsektion 18 hindurchführt, angebracht und in eine solche Lage einstellbar, dass der Strang in der Bahn P gehalten wird. Seitliche Führungswände können auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn P angeordnet sein und ebenfalls dazu dienen, den Strang in seiner Bahn zu halten.
Die Verteiler 21 und 21' sind so gelegen, dass sämtliche Seiten des gegossenen Strangs C gleichmässig gekühlt werden, und jeder Verteiler 21, 21' kann für sich unabhängig durch Ventile V1, V2 und V3 gesteuert werden, um die Kühlungsrate jeder Seite des metallischen Strangs C selektiv zu steuern. Die Kühlflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, wird durch eine Mehrzahl üblicher Düsen (die nicht dargestellt sind) auf den heissen, gegossenen Strang gesprüht.
Wenn der gegossene Strang C aus der Kühlsektion 18 austritt, durchläuft er ein Walzwerk (nicht gezeigt) oder eine andere sich anschliessende Bearbeitungseinrichtung. Wenn es gewünscht wird, kann der Strang zwischen zwei Quetschwalzen 36 üblicher Bauart hindurchgeführt werden, um die Vorschubbewegung des Strangs zu unterstützen.
Der in Fig. 2 gezeigte Strang wurde hergestellt durch Eingiessen von Stahl mit etwa 0,6% Kohlenstoff, 0,75% Mangan und 0,17% Schwefel und Phosphor in das Giessrad, während die Temperatur zwischen etwa 1755 und 1811 K betrug. Der Strang trat aus dem Giessrad mit etwa 7,6 m pro Minute bei einer Temperatur zwischen etwa 1722 und 1477 K aus, war zu etwa 75 bis 80% erstarrt und wies einen Oberflächenzunder von weniger als 0,12 mm Stärke auf.
Der gegossene Strang ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine glatte Oberfläche besitzt, die frei von Schwingmarken oder anderen grösseren Oberflächenfehlern ist. Beim Giessen von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 0,18 und 0,66% (Gewichtsprozent) und weniger als 0,03 Gewichtsprozent Schwefel und Phosphor wurde gefunden, dass der gemäss der vorliegenden Erfindung gegossene Strang eine Oberfläche besitzt, die gewöhnlich eine geringere Rauhigkeit als etwa 0,025 mm aufweist (gemessen mit einem Rauhigkeitsmessinstrument bei einer üblichen Messmethode für die Beurteilung des Oberflächenfinish entsprechend dem ANSI-Standard B 46), selbst bei Giessgeschwindigkeiten von mehr als 6,1 m pro Minute.
Das bedeutet, dass die durchschnittliche Abweichung von einer vollkommen ebenen Oberfläche so beschaffen ist, dass die kumulative Gesamttiefe der Risse oder anderer Fehlstellen, geteilt durch die Anzahl dieser Fehler, geringer ist als etwa 0,025 mm pro 25,4 mm Länge, auf eine andere Weise kann eine Messung der Oberflächenrauhigkeit durchgeführt werden, indem man ein vergrössertes Profil der Oberflächenkontur erzeugt und die Abweichungen gegenüber einer theoretischen mittleren Oberfläche an einer Anzahl von Stellen längs des Konturprofils misst und sodann die gesamte kumulative Abweichung durch die Anzahl der Messstellen dividiert.
Alternativ kann man ein Mass für die Oberflächenrauhigkeit unmittelbar erhalten, indem man die Anzeige von Rauhigkeitsmessinstrumenten bekannter Art (siehe ANSI B 46.1) abliest, die elektronisch das Oberflächenprofil integrieren und die durchschnittliche Rauhigkeit kontinuierlich anzeigen. Bei dem erfindungsgemässen Erzeugnis ergibt sich bei diesen Messmethoden ein Rauhigkeitswert von weniger als etwa 0,025 mm. Auch die durchschnittliche Fehlertiefe ist wichtig, die weniger als etwa 2,54 mm und gewöhnlich weniger als 0,25 mm beträgt.
Der in Fig. 3 abgebildete Strang zeigt schwere Oberflächenfehler aufgrund der oben erwähnten Schwingmarken.
Diese Probe wurde kommerziell mit einem bekannten Verfahren hergestellt, unter Benutzung einer kurzen vertikalen, am Ende offenen Giessform vom hin und her gehenden Typ.
Die Oberflächenfehler weisen eine Tiefe von mehr als 2,54 mm auf, und die Messung der durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit zeigt eine Rauhigkeit von mehr als 0,025 mm pro 25,4 mm Messlänge.
Gemäss vorherrschender Praxis ist die Giessform M vorzugsweise aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt, beispielsweise aus einer Kupferlegierung, und die Giessform wird gekühlt, indem man ein Kühlmittel unmittelbar auf die Giessform spritzt oder ein-Kühlmittel durch die Form hindurchzirkulieren lässt, beispielsweise kaltes Wasser.
Die Giessnut G kann in bezug auf ihren Querschnitt nach Wunsch verschieden geformt sein, beispielsweise halbkreisförmig, quadratisch oder rechteckförmig. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, einen trapezförmigen Querschnitt zu benutzen, der an seinen Seiten kleine Ablösewinkel (7 bis 14") besitzt und bei dem das Verhältnis von Breite zu Tiefe 2:1 oder kleiner ist.
Beim Giessen wird der geschmolzene Stahl in die Form M gegossen und gleichmässig gekühlt, indem die Wärme durch die Formwände abgeführt wird, um eine dünne Umfangshaut erstarrten Metalls zu bilden, die den innerhalb befindlichen geschmolzenen Stahl umgibt. Die Rate der Wärmeabfuhr wird relativ zur Giessgeschwindigkeit eingestellt, indem man die Zirkulationsgeschwindigkeit des Kühlmittels für die Giessform steuert oder dergleichen dergestalt, dass die Temperatur der Aussenfläche der Umfangshaut aus erstarrtem Stahl beim Austritt aus der Giessform nicht höher ist als etwa 1644 K, jedoch nicht geringer ist als 1366 K, und dass die Stärke der Umfangshaut ausreichend gross ist, um dem ferrostatischen Säulendruck des geschmolzenen Stahlkerns zu widerstehen.
Der austretende Strang wird sodann längs einer ihn tragenden Bahn P zur Kühlzone 18 für das abschliessende Kühlen geführt.
Während sich der Strang C längs der ihn trageriden Bahn P bewegt, ist es wesentlich, dass die dünne Haut erstarrten Stahls, die in der Giessform M gebildet worden ist, erhalten bleibt, um ein Rückschmelzen durch Absorption von Wärme aus dem geschmolzenen Inneren zu verhindern.
Während der Strang durch die Kühlzone geführt wird, wird er gehalten und unterstützt, bis die Erstarrung abgeschlossen ist. Beispielsweise wird der Strang von unten durch eine Reihe von einander eng benachbarten parallelen Rollen 19 abgestützt sein, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebe ne liegen. Wenn der Strang C aus der ihn tragenden Bahn P austritt, wird er durch solche Rollen oder andere Trageinrichtungen aufgenommen, auf denen er zu einer Trennstation oder einem Walzwerk bewegt wird, während er gekühlt wird.
Es ist zu bemerken, dass die Verfahrensschritte gegen über dem kommerziell bewährten Verfahren, bei dem es sich um das übliche Verfahren zum Bilden eines gegossenen Stahlstrangs handelt, beträchtlich unterschiedlich sind. Besonders wesentlich ist, dass zu keiner Zeit irgendeine Relativbewegung zwischen der Giessform und dem erstarrenden, geschmolzenen Stahl stattfindet, wie dies bei allen bekannten Stranggiessverfahren dieses Typs der Fall ist. Bei der Erfindung ist es daher nicht möglich, dass die dünne Schale erstarrten Stahls aufgerissen wird, um Durchbrüche, Ausblutungen oder andere Oberflächenfehler zu verursachen.
Bei der vorliegenden, oben beschriebenen Giesseinrichtung folgt der gegossene Strang ausserdem mit zunehmender Stärke der Haut einer Bahn mit zunehmendem Radius, bis der Bahnverlauf horizontal wird. Daher wird auf den gegossenen Strang, während er noch zerbrechlich ist, wenig oder keinerlei mechanische Beanspruchung in Rückwärtsrichtung aufgebracht.
Eine weitere wichtige Unterschiedlichkeit besteht darin, dass bei der Erfindung die Anordnung so getroffen ist, dass die Wärmeübergangsrate in Koordination mit dem Erstarrungsprozess gesteuert wird. Da der geschmolzene Stahl fortlaufend in ein kaltes Giessrad eingegossen wird, ist die Rate des Wärmeübergangs sehr gross, was ein schnelles Abkühlen zur Folge hat; wohingegen im späteren Verlauf die Wärmeübergangsrate geringer ist, so dass ein geordnetes Anwachsen der Erstarrungsfront ermöglicht wird. Beim Giessen von Stahl mit niedrigeren Kohlenstoffgehalten, beispielsweise 0,08 Gewichtsprozent, ist eine hohe Kühlungsrate wünschenswert, wohingegen eine niedrigere Kühlungsrate wünschenswert sein kann, wenn Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt gegossen werden, beispielsweise Stähle mit 0,8 Gewichtsprozent.
Der erzeugte, gegossene Strang unabgeteilter Länge weist eine weit bessere Oberflächengüte auf als Stahlstränge, die durch zum Stande der Technik zählende Verfahren mit ähnlichen Giessgeschwindigkeiten hergestellt sind, die vorliegend ohne weiteres 6 m pro Minute übersteigen können und bis 8,9 m pro Minute oder mehr betragen können. Die Oberfläche ist frei von schädlichen Rissen, Falten oder Bärten, wie sie normalerweise mit Schwingmarken auftreten. Aufgrund des besonderen Giessverfahrens und der hohen Giessgeschwindigkeit weist ausserdem der Strang in dem Zustand, wie er gegossen ist, eine dünnere Oxydzunderschicht an der Oberfläche auf als Stränge üblicher Art.
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PATENT CLAIMS
1. A process for the continuous casting of steel, in which the molten steel is continuously moved into one
Casting mold of a casting device is poured, which.
Casting mold from at least one moving, endless
Surface in connection with other sealing surfaces is formed as a closed mold and is cooled, after which the cooled steel strand from the
Casting device is continuously moved out, characterized in that in order to improve the surface quality of the steel strand, the molten steel partially solidifies in the casting mold, so that a thin peripheral skin forms, after which the at least partially solidified steel strand, the surface temperature of which is at least 1366 K and at most 1644 K. , is moved out of the mold at a speed of at least 6.1 mlmin and then continuously cooled by being sprayed with sprayed coolant,
the steel strand has a surface roughness measurement of less than 0.025 mm and the average depth of the cast scars is less than 2.54 mm.
2. Casting device for performing the method according to claim 1 with a rotating casting wheel (10), with a circumferentially shaped casting groove (G) and with a cooling device (18) with support (19) and guide rollers (26) of the steel strand (C ) and distributors (21, 21 ') of the coolant, characterized in that part of the longitudinal extent of the casting groove (G) is sealed with an endless metal strip (11), so that the casting groove (G) with the metal strip (11) is a closed one , forms a continuous mold (M) with infinitely running surfaces and that these surfaces and the cast steel can be moved without relative movement between the surfaces and the cast steel.
The invention relates to a process for the continuous casting of steel, in which the molten steel is poured into a continuously moving casting mold of a casting device, which casting mold is formed from at least one moving, endless surface in connection with further sealing surfaces as a closed casting mold and is cooled, after which the cooled steel strand is continuously moved out of the casting device.
In the usual processes for the continuous casting of metals, for example steel, the molten metal is poured into a vertical mold which is open at the end. The mold cools the circumferential area of the metal and solidifies a skin or shell thereof that abuts the mold wall to limit a strand that is continuously discharged from the lower region of the mold while molten metal is poured into the mold at the top at a rate of pouring is poured, which is set so that it corresponds to the rate of removal of the strand. After exiting the mold, the hot strand is cooled, for example by water jets that are sprayed onto the semi-solidified strand to form a fully solidified strand.
The cooling process to which the strand is subjected after exiting the mold is known in the art as secondary cooling and is sufficient to complete the solidification of the strand before it is subjected to an aftertreatment.
In most continuous casting machines, the axis of the mold is vertical and the strand exits the mold vertically downwards. After the strand is fully solidified, pieces of the desired strand length are separated from the moving strand. Since it is necessary for the strand to be fully solidified before the separation takes place, the casting speeds are limited by the circumstances and possibilities relating to the vertical height expansion, i. that is, the casting speed must be limited to such an extent that complete solidification can take place within reasonable vertical dimensions of the area between the casting mold and the separating station. Otherwise, the construction costs of the manufacturing plant will be enormously high.
When casting steel, these problems are particularly pronounced because of the high temperature of the molten steel and the resulting long period of time required for the strand to solidify completely. In typical facilities for continuous casting of steel, for example, a distance of more than twenty meters between the casting mold and the cutting station is not unusual, and even at this large distance, the casting speed must still be reduced to a value which is below the theoretically possible value.
In order to reduce the requirements for vertical vertical expansion, it has already been proposed to cast the strand in a vertically arranged casting mold, then to cool the emerging strand in a vertically arranged, second cooling zone in which the strand is supported by rollers. The strand is then bent into the horizontal course by pressure rollers arranged in pairs. In these devices, the strand is bent through an angle of approximately 90 "in such a way that the bent strand becomes tangential to the horizontal.
At the tangent point, the strand is bent back, straightened again by pressure rollers arranged in pairs, and then guided horizontally to a separating station. This offers the possibility of reducing the height of the device in some way, but has not proven to be a satisfactory solution to the problem, since for bending an arc with a relatively large radius is required. Even with a large radius, it is difficult to bend the strand and then bend the solidified strand back again without the formation of cracks or other damage to the strand.
A further reduction in the overall height and overall length of casting devices has been achieved by making the casting cavity curved, so that the strand emerges from the casting mold in a curved state in accordance with the curved shape of the casting mold.
However, molds with curved cavities have also not proven to be entirely satisfactory.
Mold cavities are usually lined with copper because of its good thermal conductivity.
However, the bent copper mold liners involve higher manufacturing and maintenance costs than straight copper liners, such as those used for straight mold cavities. In addition, it is more difficult to correctly align a mold with a curved cavity than is the case with a mold with a straight cavity. However, the strand that emerges from a rectilinear mold cavity in a straight state must subsequently be bent into the curved path, and this bending takes up additional vertical installation space compared to the vertical installation space required for devices that have curved mold cavities . In known casting devices, therefore, justify the advantages of guiding
of the strand along a curved path out of the mold, the continued use of curved paths, but these advantages are due to those mentioned above
Difficulties encountered with these curved mold cavities are alleviated again.
In addition to the efforts to reduce the vertical height requirements for continuous casting, efforts have been made continuously to increase the casting speed. It is known that a constant relative movement between the strand and the casting mold hinders the heat transfer from the solidifying strand to the mold wall and thereby limits the casting speed. The most remarkable increase in casting speed has so far been achieved by allowing the casting mold to oscillate in the casting direction by a short path, cf. US Pat. No. 2,135,183. When casting steel, the usual extent of the oscillating movement of the casting mold is approximately J / lo to 1/30 the length of the mold, that is to say, for example, 1.6 to 51 mm.
In known constructions, molds with curved mold cavities are moved back and forth in an arc which corresponds to the curvature of the path along which the strand is led out of the mold. However, if to the above. To avoid the difficulties mentioned, which are associated with curved mold passages, if a mold with a rectilinear cavity is used, then the strand must be led out in a rectilinear, vertical line from the mold and sufficiently far to rub against the lower edge of the mold to avoid the strand part which is located inside in the curved path. However, this involves an enlargement of the required vertical installation space.
In addition, tests have shown that at higher casting speeds, there is a risk of the formation of internal defects and surface cracks in a strand which is cast in a rectilinear mold cavity and then bent into a curved path in which it leaves the mold.
A far former problem, which occurs both in the case of rectilinear and curved mold cavities, is a direct consequence of an increase in the casting speed, namely the problem of obtaining satisfactory surface properties.
In the case of strands which are produced with an oscillating casting mold, the presence of vibration marks or rings which extend around the surface of the strand is characteristic. Due to the friction between the moving, cast strand and the oscillating mold surface, axial loads are exerted on the thin, solidifying metal shell.
These alternating loads can cause surface cracks or other defects at intervals along the strand, usually defects in the form of rings that surround the entire circumference of the strand. These rings are spaced at intervals corresponding to the total feed of the strand between successive swing strokes of the mold, i.e. when the total feed of the strand (which usually moves continuously at constant speed) is 51 mm between the start of a return stroke of the mold and the start of the next following returning strokes, then the rings show themselves at intervals of 51 mm. The width of the rings, i.e. H.
their extent in the longitudinal direction of the strand concerned, on which these defects can be determined, varies according to the operating conditions during the casting process. With the utmost care and when working at a low casting speed, these phenomena can be reduced to a minimum; however, generally the width of the rings is related to the length of time of the return stroke of the mold, ie if the return stroke takes a quarter of the period of an oscillation period, then a ring is formed, the width of which is at least a quarter of the surface of the mold cavity is.
These rings are characterized by a roughened outer surface, often with surface cracks and with frequent occurrence of bleeding, i.e. leaked, molten metal due to injuries to the previously solidified skin of the strand, with subsequent solidification of the leaked metal having occurred. The crystalline structure of the metal immediately below the rings is also irregular and disturbed.
In the case of non-ferrous metals, these defects are undesirable, but not too serious. In many cases, the strands can be rolled, extruded (extruded) or otherwise processed in spite of the inadequacies of their surface. In other cases, light peeling or other surface treatment is sufficient to remove any unwanted surface defects. In the case of steel, however, such surface defects cannot be tolerated and it is not economically feasible to remove the shortcomings by peeling. In addition, the economical continuous casting of steel is aimed at a much higher casting speed than is usual or desirable when casting non-ferrous metals.
It has been found that the increased casting speed greatly increases the difficulties encountered. For example, when casting non-ferrous metals in molds of this type, a casting speed of 76 to 152 cm per minute is usually appropriate, and at such speeds the surface defects are still acceptable with non-ferrous metals.
When casting steel, on the other hand, the casting speeds are up to more than 5 m per minute, as has already been successfully achieved in the known method, but the success achieved in terms of speed is reduced by the fact that the surface defects are at speeds of this order of magnitude or above are often extremely unfavorable within the ring areas. Between successive rings, the surface is usually good and there is an acceptable internal crystalline structure.
From a theoretical point of view, the ideal shape for the casting mold in continuous casting would therefore be a curved shape of very great length. However, since this is not feasible in practice, other facilities have been used.
It has been proposed to use endless carriers, such as rotating drums, wheels or the like, or moving endless belts or chains of casting mold sections, which are connected to one another to form a casting mold at the beginning of the solidification process and which differ from one another at the end of the solidification process separate to release the solidified metal. Since the surfaces of such movable supports can remain stationary relative to the metal during the solidification process, favorable conditions are available for the solidification of the metal with a good crystalline structure and smooth surface properties. While such methods offer some theoretical benefits, practice has had disappointing experiences with them.
Constructive and operational difficulties have placed so many obstacles in the way of practical, successful operation that such methods have scarcely, or not at all, become established in current commercial applications.
To date, therefore, the use of oscillating molds with curved shape cavities has been viewed as a compromise as a satisfactory solution in terms of reducing the overall height of the device and in terms of increasing the casting speed, despite the problems described above with oscillating, curved mold liners are.
Horizontal molds have been used for the continuous casting of aluminum and some other non-ferrous metals in facilities where the molten metal is poured into a horizontal mold through a refractory feed tube that extends through an end wall of the mold. When casting aluminum, the feed tube is not wetted by the molten aluminum and remains clean as the casting process progresses. However, when casting steel and especially when using an oscillating mold, this type of horizontal mold with a refractory feed tube cannot be used. It has been shown that steel wets the tube and solidifies on the tube all around.
The solidified steel tends to form a false tube that extends along the mold, ultimately causing molten metal to break out at the exit end of the mold.
In addition, it is known that the position and direction of the inflowing stream of molten metal greatly impair the solidification process and thus also the manufactured product.
A horizontal mold usually requires a horizontally flowing stream of molten metal to wash against the metal, which is already beginning to solidify on the mold wall. This causes the solidifying metal to melt back, which often leads to bleeding of molten metal to the outside of the strand. If the velocity of the incoming metal is high or so high that turbulence is caused in the bath of molten metal, gas bubbles and oxide particles, slag or dirt floating on the surface of the molten metal can occur, thereby creating cavities and inclusions are caused in the strand and sometimes even porosity and voids or pipe formation occur in the strand.
At least a horizontally solidified strand shows internal changes across its cross-sectional area due to the effect of gravity. For example, trapped gases and light particles tend to swim upward against the top of the strand. Therefore, the central region of the strand can be defect-free while there is a porosity region or an inclusion region near a side edge of the strand. This non-centric distribution of defects is often less favorable than when the defects are arranged centrally, since this can cause unpredictable changes in subsequent processing, for example when hot-rolling to the rolled strand.
Accordingly, it is desirable that the molten metal bath be open at the top or exposed at the top so that gases or other contaminants contained therein can be avoided from being trapped in the solidifying strand, or such inclusions are at least limited to the central region where they are least harmful.
When an uninterrupted strand of rectangular cross-section initially solidifies within a typical horizontal mold, the (usually) larger surfaces on the top and bottom are necessarily subjected to a sudden cooling. The resulting shrinkage effects cause these surfaces, particularly the top surface, to retract from the mold walls before they move very far from the molten bath, thereby slowing the initial rapid cooling. Because the different
If the edges and surfaces do not all shrink uniformly, the cooling rates and thus the temperatures, stresses and thicknesses of the solidified shells differ from surface to surface.
These disadvantages become increasingly apparent at higher casting speeds, and as the strand continues to move through the mold, light and dark spots appear on the billet emerging from the mold. The bright areas are often a sign of areas of high temperature where the shell, which has already solidified, can melt back. The remelting occurs due to the heat transfer from the still hot interior of the strand. At these weak points, stresses or strains create cracks in the solidified shell, which can lead to breakouts or other surface defects.
The unequal tensions also have a further undesirable consequence, namely that a kind of geometric distortion of the cast strand is caused, which is known as a rhombic deformation and is harmful for the subsequent processing of the strand.
The invention has for its object to provide a method and a device for the continuous casting of steel and to provide a novel cast steel strand, which has an improved surface quality compared to conventional continuous cast steel strands, and a much faster working method for the continuous casting of a steel strand in forging quality to be specified, which is suitable for direct rolling into forged steel products. This object is achieved by the features of the labeling of claims 1 and 2.
The invention is explained in detail below with reference to the drawing, for example.
Show it:
1 shows a schematically drawn side view of a device for carrying out the invention, which device has a rotatable casting wheel with a casting groove formed on the circumference thereof and an endless metal band which seals a length section of the casting groove;
Figure 2 is a photograph of a portion of the continuous cast product of the present invention showing the smooth surface thereof.
3 is a photograph of a continuous cast product produced commercially by a known method, which shows the typical vibration marks and the resulting, very rough surface;
;
Fig. 4 is a plan view of the cross section of the continuous cast product according to the invention, showing the very smooth surface thereof, and
FIG. 5 shows a cross-sectional view corresponding to FIG. 4 of the continuous casting product shown in FIG. 3, the rough surface profile again being shown.
Fig. 1 shows a casting wheel 10 with a groove worked in its circumference and an endless, flexible belt or a belt 11, which is held by means of three belt support rollers 12, 14 and 15 in contact with a peripheral portion of the casting wheel. The belt support roller 12 is arranged near the point on the casting wheel 10, at which molten steel is discharged from a pouring funnel 16 and poured into a casting mold M, which is formed by the belt 11 and the circumferential groove G around the casting wheel 10. The belt support roller 15 is arranged tangentially outside of the point on the casting wheel 10 at which the partially solidified steel is released from the casting wheel 10.
Located outside the belt idler roller 15 is an extensive cooling section 18, which receives the cast, partially solidified steel strand that emerges from the casting wheel 10 and controls the cooling of the steel strand to completely solidify it. The cooling section has a plurality of support rollers 19, which are mounted on the frame 20 of the cooling section 18, and a plurality of distributors 21 and 21 ', the distributors 21 being arranged above and below the path P on which the steel runs through the cooling section 18 , and the distributors 21 'are arranged to the side of the path P of the strand running through the cooling section 18.
The support rollers 19 can be driven or free-running, since the inclination of the support rollers 19 from the bottom of the casting wheel 10 has a gradual course and in most cases the longitudinal compressive strength of the hot steel strand that emerges from the casting wheel is sufficient to give the steel the slope to push upwards without there being any significant risk of the steel collapsing. However, if it is desired to support the upward movement of the cast strand on the inclined path P, the idlers 19 may be forcibly driven. 1, the support rollers 19 are rotated counterclockwise, so that the strand C lying on them is led away from the casting wheel 10.
A plurality of upper rollers 26 are mounted above the web which guides the cast strand C through the cooling section 18 and are adjustable in such a position that the strand is held in the web P. Lateral guide walls can be arranged on opposite sides of the path P and also serve to keep the strand in its path.
The manifolds 21 and 21 'are located so that all sides of the cast strand C are evenly cooled, and each manifold 21, 21' can be independently controlled by valves V1, V2 and V3 to control the cooling rate of each side of the metallic strand C to control selectively. The cooling liquid, usually water, is sprayed through a plurality of conventional nozzles (not shown) onto the hot, cast strand.
When the cast strand C exits the cooling section 18, it passes through a rolling mill (not shown) or another subsequent processing device. If desired, the strand can be passed between two conventional nip rollers 36 to assist in advancing the strand.
The strand shown in Fig. 2 was made by pouring steel with about 0.6% carbon, 0.75% manganese and 0.17% sulfur and phosphorus into the casting wheel, while the temperature was between about 1755 and 1811 K. The strand emerged from the casting wheel at approximately 7.6 m per minute at a temperature between approximately 1722 and 1477 K, was approximately 75 to 80% solidified and had a surface scale of less than 0.12 mm in thickness.
The cast strand is characterized in that it has a smooth surface that is free of vibration marks or other major surface defects. When casting steel with a carbon content between about 0.18 and 0.66% (weight percent) and less than 0.03 weight percent sulfur and phosphorus, it has been found that the strand cast according to the present invention has a surface that usually has a lower roughness than about 0.025 mm (measured with a roughness measuring instrument using a conventional measuring method for evaluating the surface finish in accordance with the ANSI standard B 46), even at casting speeds of more than 6.1 m per minute.
This means that the average deviation from a perfectly flat surface is such that the total cumulative depth of the cracks or other defects, divided by the number of these defects, is less than about 0.025 mm per 25.4 mm length in a different way A measurement of the surface roughness can be carried out by generating an enlarged profile of the surface contour and measuring the deviations from a theoretical mean surface at a number of places along the contour profile and then dividing the total cumulative deviation by the number of measuring points.
Alternatively, a measure of the surface roughness can be obtained directly by reading the display of known roughness measuring instruments (see ANSI B 46.1) which electronically integrate the surface profile and continuously display the average roughness. With the product according to the invention, these measurement methods result in a roughness value of less than about 0.025 mm. Also important is the average depth of error, which is less than about 2.54 mm and usually less than 0.25 mm.
The strand shown in Fig. 3 shows severe surface defects due to the vibration marks mentioned above.
This sample was made commercially by a known method using a short vertical, open-ended mold of the reciprocating type.
The surface defects have a depth of more than 2.54 mm and the measurement of the average surface roughness shows a roughness of more than 0.025 mm per 25.4 mm measuring length.
According to prevailing practice, the casting mold M is preferably made of a metal with a high thermal conductivity, for example a copper alloy, and the casting mold is cooled by spraying a coolant directly onto the casting mold or by allowing a coolant to circulate through the mold, for example cold water.
The casting groove G can be shaped differently with respect to its cross section, for example semicircular, square or rectangular. However, it has proven advantageous to use a trapezoidal cross-section which has small separation angles (7 to 14 ") on its sides and in which the ratio of width to depth is 2: 1 or less.
During casting, the molten steel is poured into the M form and uniformly cooled by dissipating the heat through the mold walls to form a thin peripheral skin of solidified metal that surrounds the molten steel inside. The rate of heat dissipation is adjusted relative to the casting speed by controlling the circulation speed of the coolant for the casting mold or the like in such a way that the temperature of the outer surface of the circumferential skin made of solidified steel when it exits the casting mold is not higher than about 1644 K, but not lower is as 1366 K, and that the thickness of the peripheral skin is sufficiently large to withstand the ferrostatic column pressure of the molten steel core.
The emerging strand is then guided along a path P carrying it to the cooling zone 18 for the final cooling.
As the strand C moves along the path P which supports it, it is essential that the thin skin of solidified steel which has been formed in the mold M is retained in order to prevent remelting by absorption of heat from the molten interior.
As the strand passes through the cooling zone, it is held and supported until solidification is complete. For example, the strand will be supported from below by a series of closely adjacent parallel rollers 19, the axes of which lie in a common plane. When the strand C exits the web P carrying it, it is taken up by such rollers or other supporting devices on which it is moved to a separation station or a rolling mill while it is being cooled.
It should be noted that the process steps differ considerably from the commercially proven process, which is the common process for forming a cast steel strand. It is particularly important that no relative movement takes place at any time between the casting mold and the solidifying, molten steel, as is the case with all known continuous casting processes of this type. In the invention it is therefore not possible for the thin shell of solidified steel to be torn open in order to cause breakthroughs, bleeding or other surface defects.
In the present pouring device described above, the cast strand also follows a web with increasing radius as the thickness of the skin increases until the web course becomes horizontal. Therefore, little or no mechanical stress is applied to the cast strand while it is still fragile in the reverse direction.
Another important difference is that in the invention, the arrangement is such that the heat transfer rate is controlled in coordination with the solidification process. Since the molten steel is continuously poured into a cold casting wheel, the rate of heat transfer is very high, which results in rapid cooling; whereas in the later course the heat transfer rate is lower, so that an orderly growth of the solidification front is made possible. When casting steel with lower carbon contents, for example 0.08% by weight, a high cooling rate is desirable, whereas a lower cooling rate may be desirable when casting steels with a higher carbon content, for example steels with 0.8% by weight.
The cast strand of undivided length produced has a far better surface quality than steel strands which are produced by processes which belong to the prior art and have similar casting speeds, which in the present case can easily exceed 6 m per minute and up to 8.9 m per minute or more can be. The surface is free from harmful cracks, folds or beards, as they normally appear with vibration marks. Due to the special casting process and the high casting speed, the strand in the state in which it is cast also has a thinner oxide scale layer on the surface than strands of the usual type.