Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggiessen von Metall, insbesondere von Stahl gemäss den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
Seit den Anfängen des Stranggiessens mit Durchlaufkokillen hat sich die Fachwelt mit dem Problem der Bildung von Luftspalten zwischen Strangkruste und Kokillenwand unterhalb des Badspiegels befasst. Dieser Spalt vermindert den Wärmeübergang zwischen Kokille und Strangkruste ganz wesentlich und verursacht eine ungleichmässige Kühlung der Strangkruste, die zu Strangfehlern, wie Rhomboidität, Risse, Gefügefehler etc., führt. Um über die ganze Kokillenlänge einen möglichst allseitig guten Kontakt der Strangkruste zur Kokillenwand und damit die bestmöglichen Bedingungen für die Wärmeabfuhr zu schaffen, sind viele Vorschläge, wie Schreitbalken (Walking Beams), Kühlmitteleinpressen in den Luftspalt, Kokillenhohlraum mit unterschiedlichen Konizitäten etc., vorgeschlagen worden.
Aus der US-PS 4'207'941 sind Kokillen zum Stranggiessen von Stahlsträngen mit polygonalen, insbesondere mit quadratischen Querschnitten, bekannt. Der Querschnitt eines beidseitig offenen Formhohlraumes ist auf der Eingiessseite ein Quadrat mit Eckhohlkehlen und auf der Strangaustrittsseite ein unregelmässiges Zwölfeck. In den Eckbereichen wird zur Eckhohlkehle hin der Giesskonus in Stranglaufrichtung stetig vergrössert, und er ist im Bereich der Hohlkehle auf einer Teillänge der Kokille etwa doppelt so gross wie im Mittelbereich der Kokillenwand. Beim Giessen mit solchen Kokillen können Verklemmungen des Stranges innerhalb der Kokille auftreten, die zu Strangabrissen und Durchbrüchen führen. Auch wird anstelle eines Quadrates ein Zwölfeck gegossen. Insbesondere ist es schwierig, solche Kokillen für unterschiedliche Giessgeschwindigkeiten zu dimensionieren, wie sie bei langen Sequenzgüssen mit vielen Pfannenwechseln unvermeidbar sind.
Aus US-PS 4 774 995, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, ist eine Stranggiesskokille bekannt, deren Formhohlraumquerschnitt auf der Eingiessseite zur Aufnahme eines Tauchrohres grösser ist als auf der Strangaustrittsseite. Beim Durchlauf des Stranges durch diese Kokille verkleinert sich die Strangdicke und dabei die Querschnittsfläche eines teilweise erstarrten Stranges durch Verformung in Kontakt mit den Kokillenbreitseiten. Die Schmalseiten der zum Giessen von Stahlband vorgesehenen Kokille divergieren in Stranglaufrichtung entsprechend der Dickenabnahme des Stranges, so dass die Umfangslänge der Strangquerschnittsfläche im wesentlichen konstant bleibt. Die Anwendung eines konventionellen Giessrohres beim Giessen von dünnen Bändern verursacht bei diesem Giessverfahren eine starke Strangkrustenverformung auf zwei Strangseiten, ohne dabei eine Vergleichmässigung der Strangkühlung über den gesamten Strangumfang innerhalb der Kokille zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll durch das erfindungsgemässe Giessverfahren eine verbesserte Kühlung der Strangkruste in der Kokille, eine verbesserte Strangqualität und eine erhöhte Giessleistung erreicht werden. Im weiteren soll das neue Giessverfahren für die in der Praxis vorkommenden Betriebsoperationen, wie Anfahren, Giessrohrwechsel, Zwischengefässwechsel, Pfannenwechsel, Giessende, Störungen etc., optimiert und dadurch sowohl die Strangqualität als auch die Kokillenhaltbarkeit zusätzlich verbessert werden.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemässen Giessverfahren ist es möglich, bei Knüppeln und Vorblockquerschnitten eine in allen Umfangsabschnitten gleichmässige und in ihrer Intensität in vorgegebenen Grenzen bemessbare Kühlung aufzuzwingen. Dadurch kann die Kristallisation der Strangkruste beeinflusst, die Giessleistung erhöht und die Strangqualität verbessert werden. Spiesskantigkeit, Oberflächen- und Gefügefehler sind vermeidbar. Durch die laufende Anpassung der Verformungslänge der Strangkruste innerhalb der Kokille während des Giessbetriebes kann im weiteren bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Gleichmässigkeit der Kühlung auch bei unterschiedlichen Giessparametern verbessert werden. Qualitätsfehler am Strang und die Gefahr für Strangabrisse und Durchbrüche können bei stark wechselnden Giessparametern wesentlich reduziert werden. Im weiteren kann die Standzeit der Kokille verlängert werden.
Das Mass der Gesamtrückformung der Ausbauchung wird durch die Bogenhöhe der Ausbauchung, durch den Winkel, der die Konizität der Ausbauchung bildet, und durch die Badspiegelhöhe innerhalb der Teillänge bestimmt. Die Rückformung ist in der Regel proportional zur Teilhöhe des Badspiegels innerhalb der Teillänge. Anstelle einer stetigen Konizität der Ausbauchung kann sie auch degressiv, progressiv etc. gewählt werden. Das Mass der Rückformung der Ausbauchung während des laufenden Gusses wird in der Regel in mm festgelegt.
Wird an einer Stranggiessanlage die Reibung zwischen Strang und Kokille gemessen, so kann gemäss einem Ausführungsbeispiel das Mass der Rückformung der Ausbauchung so bestimmt werden, dass ein auf die vorhandenen Giessparameter optimierter Reibungswert eingehalten wird. Anstelle der Reibungsmessung zwischen Strang und Kokille kann auch eine Messung der Ausziehkraft am Treiber als Parameter verwendet werden.
Das Mass der Rückformung der Ausbauchung kann durch laufende Messungen von Giessparametern oder aber durch mathematische Modelle festgegelegt werden, die die Stahlanalyse, die Ueberhitzungs- und Giesstemperatur, die gewählte Giessgeschwindigkeit, die Art des Schmiermittels und/oder den Wärmestrom in der Kokille berücksichtigen.
Bei einem geplanten Stillstand des Strangauszuges kann eine Rückformung ausgeschaltet werden, wenn der Badspiegel vor dem Stillstand das untere Ende der Teillänge der Kokille erreicht oder tiefer liegt.
Beim Durchlauf der sich bildenden Strangkruste durch eine Stand der Technik Kokille reduziert sich der Strangquerschnitt durch Schwindung der Strangkruste um ein geringes Mass. Eine gewollte Verformung findet dabei nicht statt. Durch die Rückformung der Ausbauchung zwischen Giessspiegel und dem Ende der Teillänge wird eine zusätzliche Reduktion des Strangquerschnittes erreicht, wobei die Grössenordnung zwischen 4 % und 15 %, vorzugsweise zwischen 6 % und 10 %, liegt.
Das unkontrollierte Abheben der Strangkruste bei Stand der Technik Kokillen hat ein Verlängern von Knüppel- und Vorblockkokillen wenig sinnvoll erscheinen lassen. Die kontrollierte Rückformung von Ausbauchungen, verbunden mit einem grossen Bereich für das Einstellen der Sollbadspiegelhöhe, macht es erstmals sinnvoll, dass, gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel, der in der Kokille sich bildende Strang in Abhängigkeit der Giessparameter über eine variable Primärkühlstrecke, z.B. zwischen 500 und 1000 mm, gekühlt wird. Die Rückformung der Ausbauchung der Strangkruste wird dabei auf einen Längenabschnitt eingestellt, der bis 40 % der Kokillenlänge beträgt.
Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
In Fig. 1 und 2 ist eine Kokille 3 zum Stranggiessen von polygonalen Strangquerschnitten, im vorliegenden Beispiel von einem quadratischen Strangquerschnitt, dargestellt. Ein Pfeil 4 zeigt auf eine Eingiessseite und ein Pfeil 5 auf eine Strangaustrittsseite der Kokille 3. Die Querschnitte eines Formhohlraumes 6 weisen auf der Eingiess- und Strangaustrittsseite unterschiedliche geometrische Formen auf. Wie am besten in Fig. 2 erkennbar, ist der Querschnitt des Formhohlraumes 6 auf der Eingiessseite 4 zwischen den Ecken 8 - 8''' mit Querschnittsvergrösserungen in der Form von Ausbauchungen 9 versehen. Eine Bogenhöhe 10, die das Mass der Ausbauchung darstellt, nimmt in Stranglaufrichtung 11 auf einer Teillänge 12 des Formhohlraumes 6 stetig ab. Die Formhohlraumquerschnitte in den Ebenen 14 und 15 begrenzen einen Kokillenteil 13 mit quadratischem Querschnitt mit Hohlkehlen 16, wie im Stand der Technik bekannt.
Eine Umfangslinie 17 zeigt den Formhohlraumquerschnitt in der Ebene 14 und eine Umfangslinie 18 den Formhohlraumquerschnitt in der Ebene 15. Der Querschnitt des Formhohlraumes 6 ist auf der Kokillenaustrittsseite allseitig zwischen den Ecken 8 geradlinig. Mit einem Pfeil 2 ist ein Umfangsabschnitt der Umfangslinien des Formhohlraumes 6 bezeichnet. Bei dieser Koille sind 4 Umfangsabschnitte mit gleichartigen Querschnittsvergrösserungen 7 vorgesehen. Anstelle der quadratischen Grundform des Formhohlraumes 6 könnte auch ein sechseckiger, rechteckiger, etwa runder etc. Querschnitt als Grundform dienen.
Ein Lichtmass 20 zwischen gegenüberliegenden Seiten des Formhohlraumes 6 auf der Eingiessseite 4 im Bereich der grössten Ausbauchung ist gegenüber einem Lichtmass 21 zwischen den gegenüberliegenden Seiten auf der Strangaustrittsseite 5 um 5 - 15 % grösser. Das Lichtmass 20 kann, anders ausgedrückt, mindestens 8 % grösser als das Lichtmass 21 in der Ebene 15 am Ende der Teillänge 12 sein.
Die Bogenhöhe 10 der Ausbauchung 9 nimmt in Stranglaufrichtung 11 bei sich folgenden Querschnitten stetig ab. Die Konizität der maximalen Bogenhöhe 10 entlang einer Linie 24 kann 8 - 35 %/m gewählt werden.
Die Teillänge 12 ist in diesem Beispiel 400 mm oder etwa 40 % der Kokillenlänge, die etwa 1000 mm misst.
Mit 40 ist schematisch ein Computer dargestellt, welchem die Informationen 41 - 45 zugeführt werden, wobei 41 die Stahlanalyse, 42 die Ueberhitzungstemperatur, 43 die Giesstemperatur im Zwischengefäss, 44 die Kokillen- und Schmiermittelparameter und 45 der laufend gemessene Reibungswert zwischen Kokille und Strang darstellen. Vom Computer 40 wird für die verschiedenen Betriebszustände, wie Angiessen, Vollastgiessen, Giessunterbruch, Giessende etc., die Badspiegelhöhe, die das Mass der Rückformung bestimmt, errechnet und anschliessend mit der Stopfen- oder Schiebersteuerung 47 der Metallzufluss in die Kokille und die Strangabzugsgeschwindigkeit 48 entsprechend gesteuert, um den Badspiegel in die gewünschte Höhenlage innerhalb der Kokille zu bringen.
Fig. 3 zeigt, wie das Mass der Rückformung gemessen wird. Die schräg verlaufende Innenkontur 30 der Ausbauchung 32 entlang der Ausbauchungsmitte endet in der Ebene 31. In Stranglaufrichtung verläuft die Ausbauchung in diesem Vertikalschnitt geradlinig. Sie könnte aber auch durch eine degressive oder S-förmige Kurve etc. begrenzt sein.
Liegt ein Badspiegel 35 auf der dargestellten Höhe, so ist das Mass der Rückformung der Ausbauchung entsprechend der Länge des Pfeiles 36. Sinkt der Badspiegel auf die strichpunktiert angedeutete Höhe 35' ab, so vermindert sich das Mass der Rückformung der Ausbauchung um die Länge 37. Soll das Mass der Rückformung bei einem Stillstand Null sein, so wird der Badspiegel bis an den Endpunkt 38 der Teillänge 39 oder darunter abgesenkt.
Nach einer Ausführungsvariante zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren durch folgende Verfahrensschritte aus. Beim Angiessen eines neuen Stranges oder einer Sequenz werden die Parameter 44 der verwendeten Kokille und des Giessmetalles 41 - 43 in den Computer eingegeben. Aus dem Speicher entnimmt der Computer die für diese Parameter optimierten Reibungswerte bei unterschiedlichen Giessgeschwindigkeiten mit den dazugehörigen Badspiegelhöhen für das Anfahren, für den Volllastbetrieb, für reduzierten Giessbetrieb und für das Beenden des Gusses. Während des Giessens wird die Ueberhitzungs- und Giesstemperatur des Giessmetalles als Korrekturfaktor bei jeder Messung in den Computer eingegeben. Die gemessenen Reibungswerte 45 werden laufend mit den optimierten Reibungswerten, die jeder Giessoperation zugeordnet sind, verglichen. Bei Abweichungen wird das Mass der Rückformung der Ausbauchung durch Festlegung einer höheren oder niedrigeren Badspiegelhöhe im Bereich der Teillänge vergrössert bzw. verkleinert. Bei diesem Beispiel wird der Reibungsmessung des Stranges in der Kokille gegenüber den anderen Giessparametern eine prioritäre Stellung eingeräumt. Anstelle des Reibungswertes kann als Führungsgrösse auch die Strangausziehkraft gewählt werden.
Die für dieses Verfahren verwendeten Kokillen sind in der EP-Patentanmeldung 92101506.1 ausführlich beschrieben und figürlich dargestellt. Die Offenbarung der Erfindung stützt sich somit zusätzlich auf diese Publikation ab.