AT515731B1 - Semi-kontinuierliches Stranggießen eines Stahlstrangs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum semikontinuierlichen Stranggießen eines Strangs (1) aus Stahl in einer Stranggießmaschine und die Stranggießmaschine selbst. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum semikontinuierlichen Stranggießen eines Strangs (1) aus Stahl darzustellen, bei dem der Strang eine geringe Zentrumsseigerung und Porosität aufweist, und dennoch rasch vergossen werden kann. Diese Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst: - Gießstart der Stranggießmaschine, wobei flüssiger Stahl in die durch einen Kaltstrang (6) verschlossene Durchlaufkokille (2) gegossen wird und der flüssige Stahl mit dem Kaltstrang einen durcherstarrten Stranganfang (1a) und nachfolgend einen teilerstarrten Strang (1b) ausbildet; - Ausziehen des teilerstarrten Strangs (1b) aus der Durchlaufkokille (2); - Stützen und Führen des teilerstarrten Strangs (1b) in der Strangführung (3), wobei der teilerstarrte Strang (1b) durch die Sekundärkühlung (4) abgekühlt wird; - Gießende der Stranggießmaschine, wobei das Vergießen von flüssigem Stahl in die Durchlaufkokille (2) beendet wird und sich ein Strangende (1c) ausbildet; - Ausziehen des Strangendes (1c) aus der Durchlaufkokille (2); - Beenden des Ausziehens, sodass das Strangende (1c) außerhalb der Durchlaufkokille (2) liegt; - Beenden der Sekundärkühlung (4); - gesteuertes oder geregeltes Abkühlen des teilerstarrten Strangs (1b) bis zur Durcherstarrung des Strangs (1) in der Tertiärkühlzone (5) der Stranggießmaschine, wobei das Abkühlen am Stranganfang (1a) stärker und zum Strangende (1c) hin abnehmend erfolgt; und - Ausfördern des Strangs (1) aus der Stranggießmaschine.

Description

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG [0010] Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass die höhere Qualität des Vorblockgießens in Bezug auf Zentrumsseigerung und Porosität hauptsächlich durch die langsame Erstarrungsgeschwindigkeit und die vom Stranganfang zum Strangende hin gerichtete Erstarrung im Zentrumsbereich des Vorblocks bewirkt wird. Die Erstarrung im Zentrum erfolgt globular bzw. mit einer axial ausgerichteten Erstarrungsfront, sodass eventuell auftretende Dendriten vermieden werden, welche im Zentrum Brücken bilden und das Nachsaugen der Schmelze /22

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Patentamt behindern. Eine Fadenporosität im Zentrum ist somit weitgehend ausgeschlossen. Im Gegensatz dazu sind die Eigenschaften beim kontinuierlichen Stranggießen genau umgekehrt. Extrem niedrige Abkühlraten wie beim Vorblockgießen sind bei kontinuierlich betriebenen Stranggießmaschinen nicht realisierbar, da die Maschinenlänge aus wirtschaftlichen Gründen beschränkt ist. Durch die höhere Abkühlgeschwindigkeit verbunden mit der eher radial von außen nach Innen gerichteten Erstarrung beim kontinuierlichen Stranggießen wird eine dendritische Erstarrung und damit Zentrumsseigerung und Porosität verursacht. Daher werden nach dem Stand der Technik große Formate, die im Wesentlichen frei von Zentrumsseigerungen und Porositäten, insbesondere von Fadenporositäten, sein sollen, über die Ingotroute hergestellt. Die höheren Betriebskosten, geringere Ausbringung und Nachteile in der Gefügesymmetrie und Reinheit des Vorblocks werden dabei in Kauf genommen.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zum semikontinuierlichen Stranggießen eines Strangs, vorzugsweise eines Vorblocks, aus Stahl darzustellen, bei dem der Strang [0012] - eine geringe Zentrumsseigerung und Porosität aufweist, [0013] und [0014] - dennoch rasch, d.h. mit hohem Durchsatz, vergossen werden kann. Dadurch soll der semi-kontinuierlich vergossene Strang einerseits ähnliche bzw. sogar bessere metallurgische Eigenschaften wie ein durch die klassische Ingotroute hergestellter Vorblock haben; andererseits soll der Strang aber mit einem ähnlich hohen Durchsatz produziert werden können wie in einer kontinuierlich betriebenen Stranggießmaschine.

[0015] Schließlich soll eine dafür geeignete Stranggießmaschine angegeben werden.

[0016] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0017] Erfindungsgemäß werden beim Verfahren zum semikontinuierlichen Stranggießen eines Strangs, vorzugsweise eines Vorblocks, aus Stahl in einer Stranggießmaschine, wobei die Stranggießmaschine eine gekühlte Durchlaufkokille zur Primärkühlung des Strangs, nachfolgend eine Strangführung zum Stützen und Führen des Strangs mit einer - typischerweise mehrere Kühldüsen umfassenden - Sekundärkühlung zum Abkühlen des Strangs, und wiederum nachfolgend eine Tertiärkühlung zum weiteren Abkühlen des Strangs aufweist, folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

[0018] - Gießstart der Stranggießmaschine, wobei flüssiger Stahl in die durch einen Kaltstrang verschlossene Durchlaufkokille gegossen wird und der flüssige Stahl mit dem Kaltstrang einen durcherstarrten Stranganfang und nachfolgend einen teilerstarrten Strang ausbildet;

[0019] - Ausziehen des teilerstarrten Strangs aus der Durchlaufkokille;

[0020] - Stützen und Führen des teilerstarrten Strangs in der Strangführung, wobei der teilerstarrte Strang durch die Sekundärkühlung abgekühlt wird;

[0021] - Gießende der Stranggießmaschine, wobei das Vergießen von flüssigem Stahl in die Durchlaufkokille beendet wird und sich ein Strangende ausbildet;

[0022] - Ausziehen des Strängendes aus der Durchlaufkokille;

[0023] - Beenden des Ausziehens, sodass das Strangende außerhalb der Durchlaufkokille (d.h. im Bereich der Sekundärkühlzone oder der Tertiärkühlzone der Stranggießmaschine) liegt;

[0024] - Beenden der Sekundärkühlung;

[0025] - gesteuertes oder geregeltes Abkühlen des teilerstarrten Strangs bis zur Durcherstarrung des Strangs in der Tertiärkühlzone der Stranggießmaschine, wobei das Abkühlen am Stranganfang stärker und zum Strangende hin abnehmend eingestellt wird;

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Patentamt [0026] - Ausfördern des Strangs aus der Stranggießmaschine.

[0027] Die dabei verwendete Stranggießmaschine ist dreiteilig gegliedert. An die typischerweise aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung bestehende gekühlte Durchlaufkokille zur Primärkühlung des Strangs folgt eine Strangführung zum Stützen und Führen des Strangs mit einer Sekundärkühlung, typischerweise umfassend mehrere Einstoff- (meistens sog. water only Düsen) und/oder Mehrstoffdüsen (meistens sog. airmist Düsen), zum Abkühlen der teilerstarrten Strangschale, und eine Tertiärkühlzone zum weiteren Abkühlen des Strangs nach.

[0028] Um das Biegen bzw. das Rückbiegen des Strangs zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Stranggießmaschine als eine Vertikalstranggießmaschine mit einer senkrechten Kokille, einer senkrechten Strangführung und einer senkrechten Tertiärkühlzone ausgebildet ist.

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab: Beim Gießstart der Stranggießmaschine wird flüssiger Stahl (typischerweise von einem metallurgischen Gefäß, wie einer Pfanne oder einem Gießverteiler) in die durch einen Kaltstrang verschlossene Durchlaufkokille vergossen, wobei der flüssige Stahl mit dem Kaltstrang einen durcherstarrten Stranganfang und einen dem Stranganfang nachfolgenden teilerstarrten Strang (d.h. eine erstarrte Strangschale und einen flüssigen Kern) ausbildet. Der Durchfluss vom metallurgischen Gefäß in die Durchlaufkokille kann bspw. über einen Schieberverschluss oder einen Stopfenantrieb eingestellt werden. Anschließend wird der teilerstarrte Strang aus der Durchlaufkokille ausgezogen, wobei der Gießspiegel in der Kokille, der sich durch den Zufluss von flüssigem Stahl in die Kokille und das Ausziehen des teilerstarrten Strangs durch angetriebene Strangführungsrollen einstellt, in etwa konstant gehalten wird. Der teilerstarrte Strang wird nach der Durchlaufkokille in der Strangführung gestützt, geführt und durch die Sekundärkühlung weiter abgekühlt. Insbesondere bei höheren Gießgeschwindigkeiten ist es vorteilhaft, wenn die Sekundärkühlung mehrere Kühldüsen aufweist; bei langsamen Gießgeschwindigkeiten kann jedoch die Kühlung durch Strahlung bereits ausreichen, eine tragfähige Strangschale zu bilden. Die Kühlintensitäten in der Primärund Sekundärkühlung werden je nach Auszugsgeschwindigkeit so eingestellt, dass die Schale des teilerstarrten Strangs dem maximal auftretenden ferrostatischen Druck in der Stranggießmaschine standhält. Wenn der Strang die gewünschte Länge bzw. das gewünschte Gewicht erreicht hat, wird der Gießvorgang beendet, bspw. durch das Verschließen des metallurgischen Gefäßes. Dadurch bildet sich ein typischerweise nicht völlig durch erstarrtes Strangende des Strangs aus. Das Strangende wird nun zumindest soweit aus der Durchlaufkokille ausgezogen, dass es im Bereich der Sekundärkühlung oder der Tertiärkühlung der Stranggießmaschine zu liegen kommt.

[0030] Spätestens wenn das Strangende die Sekundärkühlzone passiert hat, wird die Sekundärkühlung beendet. Der teilerstarrte Strang wird nun - im Vergleich zum kontinuierlichen Stranggießen - langsam, gesteuert oder geregelt in der Tertiärkühlzone der Stranggießmaschine bis zur völligen Durcherstarrung abgekühlt. Dabei erfolgt die Abkühlung kontrolliert - stärker im Fußbereich (d.h. im Bereich des Stranganfangs) des Stranges und zum Strangkopf d.h. im Bereich des Strängendes) hin abnehmend. Damit wird im Zentrumsbereich eine von unten nach oben gerichtete Erstarrungsfront bewirkt. Im Zentrum des teilerstarrten Strangs stellt sich so entweder ein globulares oder dendritisches Gefüge mit nur äußerst geringen Seigerungen und Porositäten ein. Bei dendritischer Erstarrung können die Dendriten im Strangzentrum nicht zusammenwachsen, wodurch die Fadenporosität im Strangzentrum vermieden wird. Schließlich wird der durcherstarrte Strang aus der Stranggießmaschine ausgefördert.

[0031] Das Abkühlen des teilerstarrten Strangs in der Tertiärkühlzone erfolgt entweder gesteuert oder geregelt. Als Soll-Wert für die Abkühlung kann die Oberflächentemperatur des Strangs, oder bevorzugt eine - in einem 2- oder 3-dimensionalen Modell beinhaltend die Wärmeleitungsgleichung für den Strang und gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Vorgänge bei der Gefügeumwandlung - in Echtzeit berechnete Gefügezusammensetzung im Zentrum des Strangs herangezogen werden. Dadurch kann die Abkühlung und die Gefügeausbildung im Strang sehr genau eingestellt werden. In der Tertiärkühlung wird der Strang primär durch Wärmestrahlung und ggf. durch Konvektion abgekühlt; eine Spritzkühlung ist typischerweise nicht

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erforderlich.

[0032] Durch die langsame Abkühlung des Strangs können eventuell notwendige Glühbehandlungen des Strangs zwecks Spannungsabbau und weiterer Strukturverbesserung bereits in der Tertiärkühlzone der Stranggießmaschine durchgeführt werden.

[0033] Vorteilhafterweise wird das langsame, geregelte oder gesteuerte, Abkühlen des Strangs durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen beeinflusst:

[0034] a) Beeinflussung der Wärmeisolation des Strangs, [0035] b) Heizung des Strangs, [0036] c) Oberflächenkühlung des Strangs.

[0037] Durch die gezielte Beeinflussung der Wärmeisolation kann ohne zusätzliche Energie die Abkühlung am Stranganfang stärker als am Strangende eingestellt werden. Durch eine gezielte Heizung des Strangs kann dies mit zusätzlicher Energie sichergestellt werden. Schließlich kann eine - ggf. nur lokal - vorliegende - zu langsame Abkühlung des Strangs durch eine Oberflächenkühlung des Strangs behoben werden.

[0038] Um ein zu rasches Abkühlen des teilerstarrten Strangs in der Tertiärkühlzone zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn der teilerstarrte Strang, vorzugsweise dessen Mantelfläche, in der Tertiärkühlzone durch eine, bevorzugt induktive, Heizvorrichtung aufgeheizt wird. Alternativ kann der Strang aber auch durch Brenner aufgeheizt werden.

[0039] Obwohl ein zu langsames Abkühlen des teilerstarrten Strangs gemäß der Erfindung nicht auftreten sollte, kann ein lokal zu langsames Abkühlen verhindert werden, wenn der teilerstarrte Strang in der Tertiärkühlzone durch eine, bevorzugt verfahrbare, Kühlvorrichtung abgekühlt wird.

[0040] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Heizvorrichtung in Auszugsrichtung der Stranggießmaschine verfahrbar ist.

[0041] Dadurch kann die Temperatur des Strangs nur durch eine einzige Heizvorrichtung beeinflusst werden, ohne dass hierzu verteilt angeordnete Vorrichtungen benötigt werden.

[0042] Für die Einstellung der Erstarrung ist es besonders vorteilhaft, wenn der teilerstarrte Strang in der Tertiärkühlzone durch eine Wärmeisolation vor zu rascher Abkühlung geschützt wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeisolation vor dem Gießstart vorgeheizt wird. Eine besonders effektive Wärmeisolation die zudem die Entgasung der noch nicht erstarrten Schmelze fördert und außerdem vor Verzunderung schützt, besteht darin, den Strang in einem Vakuum oder in einer Atmosphäre aus Schutzgas zu halten.

[0043] Bei der Wärmeisolation ist es vorteilhaft, wenn die Isolationswirkung entweder statisch voreingestellt wird oder während des Betriebs gesteuert oder geregelt eingestellt wird ist. Die Einstellung kann z.B. durch schwenkbare Isolationslamellen erfolgen. Die Isolationslamellen können während der Tertiärkühlphase über die Stranglänge auf verschiedene, jedoch statisch gleichbleibende, Schwenkwinkel eingestellt werden. Die Schwenkwinkel können aber auch je nach Produktionsprogramm während der Abkühlphase dynamisch verstellt werden. Bspw. können die Schwenkwinkel unten - d.h. im Bereich des Stranganfangs - größer als oben eingestellt werden, wodurch der Strangendbereich langsamer als der Stranganfangsbereich abgekühlt wird.

[0044] Um den Durchsatz im semi-kontinuierlichen Gießbetrieb zu erhöhen, ist es äußerst vorteilhaft, wenn nachdem das Strangende die Sekundärkühlung passiert hat, die gekühlte Durchlaufkokille, bevorzugt die Durchlaufkokille und die Sekundärkühlzone, von der Tertiärkühlzone getrennt (bspw. abgehoben) werden und die abgetrennten Bauteile quer zur Auszugsrichtung der Stranggießmaschine zu einer anderen Gießstation, d.h. zu einer weiteren Tertiärkühlzone, verfahren werden. Bei der weiteren Tertiärkühlzone kann ein weiterer Strang gegossen werden, währenddessen der zuvor erzeugte Strang in der Tertiärkühlzone langsam abgekühlt wird. Durch diese Maßnahmen wird die hohe Qualität des Vorblockgießens mit der hohen Pro4/22

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Patentamt duktivität des kontinuierlichen Stranggießens vereint.

[0045] Nach dem Trennen der gekühlten Durchlaufkokille, bzw. der Durchlaufkokille mit der Sekundärkühlzone, von der Tertiärkühlzone ist es vorteilhaft, wenn das Strangende durch eine Wärmeisolation vor zu rascher Abkühlung geschützt wird.

[0046] Weiters ist es vorteilhaft, wenn das Strangende durch eine Heizeinrichtung, insbesondere eine induktive Heizeinrichtung, einen Lichtbogenofen, eine Plasmaheizung oder durch das Abbrennen von exothermem Abdeckpulver, erwärmt wird.

[0047] Durch das Isolieren und das Erwärmen des Strängendes wird der obere Bereich des Strangs bis zum Durcherstarrungsende mit flüssigem Sumpf gehalten und das Nachsaugen der Schmelze in das Strangzentrum sichergestellt. Durch diese Maßnahmen wird eine hohe Qualität erzielt und eine zu große Trichterbildung im Strangende vermieden. Ähnliche Maßnahmen sind aber auch im unteren Bereich des Strangs möglich. Durch diese Maßnahmen werden die Ausbringverluste reduziert, da nur ein kürzerer Abschnitt vom Stranganfang und -ende abgetrennt werden muss.

[0048] Zur Erzielung einer gleichmäßigen Innenstruktur ist eine Rühreinrichtung wie eine Rührspule vorteilhaft. Diese ist günstigerweise entlang der Strangachse verfahrbar. Alternativ dazu kann der teilerstarrte Strang in der Tertiärkühlzone um seine eigene Achse abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Durch die Richtungsumkehr wird eine besonders innige Vermischung im Inneren des Strangs sichergestellt.

[0049] Damit der gegossene Strang möglichst schnell eine tragfähige Schale erhält und dadurch die Länge der Sekundärkühlung möglichst kurz gehalten werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der Strang einen runden Querschnitt hat. Ein ähnlicher Effekt kann auch bei einem Strang mit einem dreirunden, vierrunden etc. Querschnitt erzielt werden.

[0050] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0051] Die erfindungsgemäße Stranggießmaschine umfasst [0052] - eine Einrichtung zum Ausziehen eines Strangs aus einer Durchlaufkokille und eine Einrichtung zum Ausfördern des Strangs aus der Stranggießmaschine, [0053] - die gekühlte Durchlaufkokille zur Primärkühlung des Strangs, nachfolgend - eine Strangführung zum Stützen und Führen des Strangs mit einer Sekundärkühlzone, typischerweise umfassend mehrere Kühldüsen, zum Abkühlen des Strangs, und wiederum nachfolgend [0054] - eine Tertiärkühlzone zum weiteren Abkühlen des Strangs, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärkühlzone eine, vorzugsweise induktive, insbesondere in die Auszugsrichtung der Stranggießmaschine verfahrbare, Heizvorrichtung zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des teilerstarrten Strangs aufweist.

[0055] Anstelle der in der Tertiärkühlzone verfahrbaren Heizvorrichtung kann die erfindungsgemäße Stranggießmaschine auch eine statisch voreinstellbare oder eine dynamisch (d.h. während des Betriebs) gesteuert oder geregelt einstellbare Wärmeisolation aufweisen.

[0056] Durch die Heizvorrichtung kann die Mantelfläche des Strangs aufgeheizt werden, wodurch die Abkühlung (und dadurch die Gefügeausbildung) im Zentrumsbereich des teilerstarrten Strangs in der Tertiärkühlzone der Stranggießmaschine sehr genau eingestellt werden kann.

[0057] Um die langsame Abkühlung des teilerstarrten Strangs bei einem niedrigen Energieverbrauch für die Heizvorrichtung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Tertiärkühlzone eine, insbesondere statisch einstellbare oder eine dynamisch gesteuert oder geregelt einstellbare, Wärmeisolation aufweist.

[0058] Zweckmäßig ist es, wenn die Durchlaufkokille, die Sekundär- und die Tertiärkühlzone in

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Patentamt einer Reihe (sog. in-line) angeordnet sind.

[0059] Die Produktivität der semi-kontinuierlichen Stranggießmaschine wird wesentlich erhöht, wenn die Stranggießmaschine mehrere, quer zur Auszugsrichtung der Stranggießmaschine, versetzte Tertiärkühlzonen aufweist, wobei der Maschinenkopf der Stranggießmaschine, umfassend die Durchlaufkokille und vorzugsweise die Sekundärkühlzone, mit einer Tertiärkühlzone verbindbar und trennbar sind und zumindest der Maschinenkopf quer zur Auszugsrichtung verfahrbar ist. Wie oben beschrieben, kann ein einziger Maschinenkopf mehrere Tertiärkühlzonen bedienen, sodass ein hoher Durchsatz trotz der langsamen Abkühlung der teilerstarrten Stränge erreicht wird.

[0060] Vorzugsweise wird der Maschinenkopf zu einer weiteren Tertiärkühlzone verfahren, währenddessen der Strang stationär ist. Dadurch wird die gesteuert oder geregelte, langsame Abkühlung im Zentrumsbereich des Strangs nicht gestört. Alternativ dazu kann aber auch der Strang, ggf. mit der Tertiärkühlung, vom Maschinenkopf weggefahren werden.

[0061] Bei der Verstellung der Wärmeisolation ist es vorteilhaft, wenn die verstellbare Wärmeisolation zumindest ein - vorteilhafterweise mehrere - Isolationspanel (auch Lamelle genannt) aufweist, dass in der Auszugsrichtung der Stranggießmaschine verlagerbar oder zur Auszugsrichtung schwenkbar ist. Dadurch kann die Abkühlgeschwindigkeit des teilerstarrten Strangs passiv, d.h. ohne zusätzlichen Energieeintrag, eingestellt werden.

[0062] Mehrere Stränge mit kleinem Format können gleichzeitig erzeugt werden, wenn der Maschinenkopf der Stranggießmaschine mehrere gekühlte Durchlaufkokillen und mehrere dahinter angeordnete Strangführungen mit Sekundärkühlzonen aufweist.

[0063] Eine einfache und robuste Stranggießmaschine weist einen Strangabzugswagen zum Ausziehen des Strangs auf, wobei der Strangabzugswagen in Auszugsrichtung, beispielsweise durch Spindel-, Zahnstangen- oder Zylinderantriebe, verfahrbar ist.

[0064] Dabei stützt sich der Stranganfang über den Kaltstrang auf dem Strangabzugswagen ab.

[0065] Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stranggießmaschine ist der Strangabzugswagen mit dem Maschinenkopf verbunden, wobei der Strangabzugswagen mit dem Maschinenkopf quer zur Auszugsrichtung verfahrbar ist. Dabei wird der gegossene Strang nach dem Gießende z.B. auf einem Podest auf dem Hallenboden abgestellt und der Maschinenkopf mit dem Strangabzugswagen zur einer anderen Tertiärkühlung verfahren. Die langsame Abkühlung des abgestellten Strangs kann z.B. durch eine über den Strang gestülpte Thermohaube sichergestellt werden.

[0066] Alternativ dazu wäre es auch möglich, dass der Maschinenkopf stationär ist und der gegossene Strang quer zur Auszugsrichtung verfahrbar ist. Hier wird der gegossene Strang z.B. auf einem Podest abgestellt, wobei das Podest samt dem Strang zu einer weiteren Tertiärkühlzone verfahren werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN [0067] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei die Figuren zeigen:

[0068] Fig 1 mit den Teilfiguren 1 a...1f zeigen schematisch die Verfahrensschritte beim semi-kontinuierlichen Stranggießen eines Vorblocks aus Stahl.

[0069] Fig 2a und 2b zeigen zwei alternative Ausführungsformen einer Tertiärkühlung für das semi-kontinuierlichen Stranggießen eines Vorblocks aus Stahl.

[0070] Fig 3 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Heizaggregats zum Erwärmen eines

Vorblocks in einer Tertiärkühlung.

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AT 515 731 B1 2018-08-15 , österreichisches ' patentamt [0071] Fig 4 [0072] Fig 5 zeigt die Temperaturen bei der Abkühlung des Strangs 1 in der Tertiärkühlzone 5.

zeigt die Temperaturverläufe über der Zeit zu Fig 4.

[0073] Fig 6a und 6b zeigen eine erfindungsgemäße Stranggießmaschine in einem Auf- und einem Kreuzriss.

[0074] Fig 7 [0075] Fig 8a, 8b zeigt einen Maschinenkopf einer erfindungsgemäßen Stranggießmaschine in zwei Rissen.

zeigen schematisch das Ausfördern eines durcherstarrten Strangs aus einer Tertiärkühlzone.

BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSFORMEN [0076] In den Fig 1 a...1f sind die Verfahrensschritte beim semikontinuierlichen Stranggießen eines Strangs 1 in einer Stranggießmaschine gezeigt.

[0077] In Fig 1a wird aus einem nicht extra dargestellten Pfannenverteiler flüssiger Stahl über ein Tauchrohr in eine gekühlte Durchlaufkokille 2 gegossen, wobei beim Gießstart der Stranggießmaschine die Durchlaufkokille 2 durch den Kaltstrang 6 fluiddicht verschlossen ist, sodass sich in der Kokille ein Gießspiegel M (auch Meniskus genannt) einstellt. Durch das Verbinden des flüssigen Stahls mit dem Kopf des Kaltstrangs 6 bildet sich ein durcherstarrter Stranganfang 1a (siehe Fig 1c) aus. Durch die Primärkühlung der gekühlten Durchlaufkokille 2 ist der dem durcherstarrten Stranganfang 1a entgegen der Auszugsrichtung A nachfolgende teilerstarrte Strang 1b nicht du roh erstarrt, sondern weist lediglich eine dünne Strangschale und einen flüssigen Kern auf. Um den Gießspiegel M in der Kokille 2 trotz des über das Tauchrohr nachströmenden flüssigen Stahls in etwa konstant zu halten, wird der Strang 1 aus der Kokille 2 ausgezogen. Dazu weist die Stranggießmaschine einen Strangabzugswagen 11 auf, der den Kaltstrang 6 selbst, eine Gewindespindel 12, eine Gewindemutter 13 und einen Motor 14 zum Verfahren des Strangabzugswagens 11 in die Auszugsrichtung A umfasst. Der Motor 14 ist über ein Getriebe und die Gewindespindel 12 mit der Gewindemutter 13 verbunden und weist einen Durchtrieb für die Gewindespindel 12 auf.

[0078] In Fig 1b wurde der Strang 1 bereits weiter aus der Durchlaufkokille 2 ausgezogen, wobei der Strang 1 in der der Kokille 2 nachfolgenden Strangführung 3 durch mehrere Strangführungsrollen 3a gestützt, geführt und durch mehrere Kühldüsen 4a in der Sekundärkühlung 4 abgekühlt wird. Dabei bildet der Strang 1 eine tragfähige Strangschale aus, die dem ferrostatischen Druck standhalten kann. Somit wird ein Durchbruch des Strangs 1 verhindert.

[0079] In Fig 1c hat der Stranganfang 1a bereits die Sekundärkühlung 3 der Stranggießmaschine passiert und ist in die Tertiärkühlzone 5 eingetreten. In der Tertiärkühlzone 5 wird der Strang 1 weiter langsam gesteuert oder geregelt abgekühlt, sodass im Zentrum des teilerstarrten Strangs 1b die Durcherstarrung mit einer nach oben orientierten Richtung erfolgt. Dadurch bildet sich entweder ein globulares bzw. zumindest ein dendritisches, die Fadenporosität vermeidendes, Gefüge aus. Um das zu rasche Abkühlen des teilerstarrten Strangs 1b zu verhindern, weist die Tertiärkühlzone 5 eine Wärmeisolierung 9 und eine in Fig 1f dargestellte Heizeinrichtung 7 auf. In der Fig 2a ist ein Beispiel einer Wärmeisolierung 9 für eine Tertiärkühlung gezeigt, wobei die Atmosphäre zwischen dem Strang 1 und der Wärmehaube 9 durch eine Vakuumpumpe (hier eine Strahlpumpe 15) evakuiert wird. Hierzu wird ein Druckanschluss der Strahlpumpe 15 mit einem Druckluftnetz und der Sauganschluss der Strahlpumpe 15 mit dem Raum innerhalb der Wärmeisolierung 9 verbunden. Durch diese Maßnahme wird zudem auch eine Oxidation, d.h. Verzunderung, des Strangs 1 verhindert; außerdem wird durch die Vakuumbehandlung die noch nicht durcherstarrte Schmelze im Strang entgast. Die Wärmeisolation 9 weist mehrere Isolationspanele 9a auf, die unabhängig voneinander geschlossen (Öffnungswinkel 0°), geöffnet (Öffnungswinkel 90°)oder teilweise geöffnet (90° > Öffnungswinkel > 0°) werden können.

[0080] In Fig 1d wurde das Gießen in der Stranggießmaschine beendet, sodass sich ein Stran7/22

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Patentamt gende 1c ausbildet. Durch das Ausziehen des Strängendes 1c aus der Kokille 2, liegt der Gießspiegel M unterhalb des strichliert dargestellten Gießspiegels gemäß den Verfahrensschritten 1a-1c.

[0081] Die Fig 1e zeigt die Situation nachdem das Strangende 1c des Strangs 1 die Sekundärkühlzone 3 passiert hat, die Sekundärkühlung beendet wurde und das Strangende 1c bündig mit dem oberen Ende der Tertiärkühlzone 5 abschließt. In der Tertiärkühlzone 5 wird die langsame, gesteuert oder geregelte Abkühlung des teilerstarrten Strangs 1b durch die Wärmeisolation 9 und die Erwärmung des Strangs durch die in der Auszugsrichtung A verfahrbare Heizeinrichtung 7 sichergestellt (siehe Fig 1f). Nach dem Trennen und Abheben des Maschinenkopfs, umfassend die Durchlaufkokille 2, die Strangführung 3 und die Sekundärkühlung 4, von der Tertiärkühlung 5, wird das Strangende 1c durch eine induktive Kopfheizung 10 erwärmt, sodass eine zu rasche Abkühlung des Strängendes 1c verhindert wird.

[0082] Gemäß den Figuren 1a...1f wurde ein runder Stahlstrang 1 mit einem Durchmesser von 1200 mm und einer Länge von 10 m produziert. Die Auszugsgeschwindigkeit des Strangs 1 aus der Durchlaufkokille 2 beträgt 0,25 m/min. Durch die Wärmeisolation 9 und das Wiedererwärmen des Strangs 1 durch die verfahrbare Heizeinrichtung 7 wird die vollständige Durcherstarrung des Strangs 1 erst nach 13 h erreicht. Das Vergießen des Strangs - ohne dem langsamen Abkühlen des Strangs in der Tertiärkühlzone 5 - wurde aber bereits nach 46 min beendet. Da das Vergießen im Gegensatz zur langsamen Durcherstarrung rasch beendet ist, ist es zur Erhöhung des Durchsatzes des semi-kontinuierlichen Stranggießverfahrens vorteilhaft, wenn der in Fig 1f nicht mehr dargestellte Maschinenkopf von der Tertiärkühlzone 5 getrennt und quer zur Auszugsrichtung A zu einer weiteren Tertiärkühlzone 5 verfahren wird. Dort kann ein neuer Strang vergossen werden, währenddessen der in Fig 1f dargestellte Strang 1 weiter langsam abgekühlt wird. Nach dem langsamen Abkühlen des Strangs 1 bis zu dessen vollständiger Durcherstarrung wird der Strang aus der Stranggießmaschine ausgefördert, bspw. durch eine Vorrichtung gern, den Fig 8a und 8b.

[0083] In der Fig 2a ist eine erste alternative Ausführungsform der Tertiärkühlzone 5 von Fig 1 dargestellt. Dabei wird der Raum zwischen dem Strang 1 und der Wärmeisolierung 9 durch eine Strahlpumpe 15 evakuiert, wodurch eine gute Wärmeisolation und eine langsame Abkühlung erreicht wird. Außerdem wird die Oberfläche des Strangs 1 vor Verzunderung geschützt und die Restschmelze entgast. Die Strahlpumpe ist einfach und verschleißfrei; dessen Druckanschluss wird mit einem Druckluftanschluss P und dessen Sauganschluss mit dem zu evakuierenden Raum innerhalb der Tertiärkühlzone verbunden. Das Abblasen kann gegen Umgebungsdruck U erfolgen. Die induktive Kopfheizung 10 ist gegenüber einer Plasmaheizung vorteilhaft, da das magnetische Feld auch durch die Wärmisolierung des Strängendes 1c wirkt.

[0084] Die Fig 2b zeigt eine zweite Alternative der Tertiärkühlzone 5 von Fig 1. Dabei sind die Isolationslamellen 9a der Wärmeisolierung 9 zur Auszugsrichtung verschwenkbar, sodass der Luftwechsel zwischen der Umgebungsluft und dem Strang 1 im Inneren der Tertiärkühlzone 9 einstellbar ist. Lediglich zur Illustration der Funktion der Isolationslamellen 9a wurden die Isolationslamellen 9a auf der rechten Seite des Strangs 1 geschlossen und auf der linken Seite um 10° zur Auszugsrichtung A geöffnet dargestellt. Die Verstellung der Lamellen 9a kann entweder manuell oder durch Aktoren erfolgen.

[0085] Die Fig 3 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf des Verfahrwegs s der induktiven Heizvorrichtung 7 zum Wiedererwärmen der Mantelfläche des Strangs 1. Hierbei ist die Heizvorrichtung 7 im oberen Bereich des Strangs 1 durchgezogen und im unteren Bereich strichliert dargestellt. Da sich die Erstarrungsfront während der Abkühlung von unten nach oben (d.h. vom Stranganfang 1a zum Strangende 1c) verschiebt, verringert sich auch der Verfahrweg s der Heizvorrichtung 7 über der Zeit. Alternativ zu einer verfahrbaren Heizvorrichtung 7 könnten auch mehrere, in Auszugsrichtung A verteilt über die Länge der Tertiärkühlzone 5 angeordnete Heizeinrichtungen (z.B. Brenner) verwendet werden.

[0086] Die Fig 4 zeigt die Temperaturen in °C des gemäß Fig 1 erzeugten Strangs 1 in einer Schnittdarstellung 3h nach Gießstart (Teilfigur 1), 8,3h nach Gießstart (Teilfigur 2) und bei

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Durcherstarrung des Strangs 1, ca. 13h nach Gießstart (Teilfigur 3). Der zeitliche Verlauf der Temperaturen des Strangs 1 an unterschiedlichen Positionen an der Oberfläche und im Zentrum des Strangs sind in Fig 5 dargestellt. Daraus geht hervor, dass das Vergießen des Strangs und damit auch die Primär- und die Sekundärkühlung 46 min nach dem Gießstart beendet wird und anschließend der Strang 1 lediglich durch die Tertiärkühlung 5 kontrolliert abgekühlt wird.

[0087] In den Figuren 6a, 6b ist eine erfindungsgemäße Vertikalstranggießmaschine in zwei Ansichten dargestellt. Der flüssige Stahl wird von einer Pfanne 30 über ein Schattenrohr in den Gießverteiler 31 gegossen, anschließend strömt die Schmelze über ein nicht dargestelltes Tauchrohr (SEN) in die Durchlaufkokille 2 ein. Durch die Primärkühlung in der Kokille 2 bildet sich ein teilerstarrter Strang 1 mit einer tragfähigen Strangschale aus. In der Kokille 2 wird die Schmelze durch eine optionale Rühreinrichtung 32 noch weiter beeinflusst. Der Strang 1 wird in der Strangführung 3 gestützt, geführt und in der Sekundärkühlzone 4 weiter abgekühlt. Zumindest die Durchlaufkokille 2, die Rührspule 32, die Strangführung 3 mit der Sekundärkühlzone 4, und optional auch die Tertiärkühlzone 5, sind auf einem Gießwagen 33 auf der Gießbühne G verfahrbar. Der Strang 1 mit dem Kaltstrang 6 wird über den Strangabzugswagen 11 aus der Durchlaufkokille 2 ausgezogen. Dazu wird der Strangabzugswagen 11 über vier Gewindespindeln 12 angetrieben und durch zusätzliche Führungsschienen 34 geführt, wobei ein Motor über ein Getriebe und die Gewindespindel 12 mit der Gewindemutter 13 verbunden ist. Nachdem der Gießvorgang beendet und der Strang 1 auf dem Amboss 40 abgestellt worden ist, kann der Gießwagen 33 quer zur Auszugsrichtung A zu einer weiteren Gießstation verfahren werden, da das Gießen des teilerstarrten Strangs, d.h. ohne der Tertiärkühlung des Strangs 1, wesentlich weniger Zeit benötigt als die Tertiärkühlung des Strangs 1 bis zu dessen Durcherstarrung.

[0088] In der Tertiärkühlzone 5 wird der Strang 1 durch die Wärmeisolierung 9 und ggf. durch eine hier nicht dargestellte Heizeinrichtung langsam abgekühlt, sodass die Erstarrung im Zentrum des Strangs mit einer nach oben orientierten Erstarrungsfront erfolgt.

[0089] Eine detailliertere Darstellung des Maschinenkopfes der Stranggießmaschine aus den Fig 6a, 6b ist in Fig 7 dargestellt.

[0090] Die Fig 8a, 8b zeigen schematisch eine Ausführungsform für das Ausfördern des durcherstarrten Strangs 1 aus der Tertiärkühlzone. Der Strang 1 wird durch zwei Bügel 38 seitlich gestützt, sodass auf der Stranggießmaschine auch stark unterschiedliche Durchmesser (siehe Grundriss von Fig 8a) vergossen werden können. In Fig 8a ist der Strang 1 gegenüber der Vertikalen bereits ausgeschwenkt worden und liegt an den Bügeln 38 auf. In Fig 8b wird der Strang 1 über den Schwenkantrieb 39 auf einen Rollgang 37 abgelegt, wo er in Pfeilrichtung entnommen werden kann.

[0091] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1a

1b

1c

3a

4a

7

9a

11 12

30, 30'

A

G

M

P s

U

Strang

Stranganfang teilerstarrter Strang

Strangende

Durchlaufkokille, Primärkühlung Strangführung Strangführungsrollen Sekundärkühlung, Sekundärkühlzone Kühldüse

Tertiärkühlung, Tertiärkühlzone

Kaltstrang

Heizvorrichtung

Wärmeisolation

Isolationspanel

Kopfheizung

Strangabzugswagen

Gewindespindel

Gewindemutter

Motor

Strahlpumpe

Pfanne

Gießverteiler

Rührspule

Gießwagen

Führungsschiene

Oszilliereinrichtung

Wasserabstreifer

Rollgang

Bügel

Schwenkantrieb

Amboss

Auszugsrichtung

Gießbühne

Gießspiegel

Druck in einem Druckluftnetz

Verfahrweg

Umgebungsdruck

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Claims (17)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Stranggießen eines Strangs (1), vorzugsweise eines Vorblocks, aus Stahl in einer Stranggießmaschine, wobei die Stranggießmaschine

   - eine gekühlte Durchlaufkokille (2) zur Primärkühlung des Strangs (1), nachfolgend

   - eine Strangführung (3) zum Stützen und Führen des Strangs (1) mit einer Sekundärkühlung (4) zum Abkühlen des Strangs (1) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte:

   - Gießstart der Stranggießmaschine, wobei flüssiger Stahl in die durch einen Kaltstrang (6) verschlossene Durchlaufkokille (2) gegossen wird und der flüssige Stahl mit dem Kaltstrang einen durcherstarrten Stranganfang (1a) und nachfolgend einen teilerstarrten Strang (1b) ausbildet;

   - Ausziehen des teilerstarrten Strangs (1 b) aus der Durchlaufkokille (2);

   - Stützen und Führen des teilerstarrten Strangs (1b) in der Strangführung (3), wobei der teilerstarrte Strang (1b) durch die Sekundärkühlung (4) abgekühlt wird;

   - Gießende der Stranggießmaschine, wobei das Vergießen von flüssigem Stahl in die Durchlaufkokille (2) beendet wird und sich ein Strangende (1c) ausbildet;

   - Ausziehen des Strängendes (1c) aus der Durchlaufkokille (2);

   - Beenden des Ausziehens, sodass das Strangende (1c) außerhalb der Durchlaufkokille (2) liegt; und

   - Ausfördern des Strangs (1) aus der Stranggießmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass

   - das Verfahren zum Stranggießen semi-kontinuierlich durchgeführt wird;

   - der Strangführung (3) der Stranggießmaschine eine Tertiärkühlung (5) zum weiteren Abkühlen des Strangs (1) folgt;

   - das Beenden der Sekundärkühlung (4) nach dem Beenden des Ausziehens erfolgt;

   - das gesteuerte oder geregelte Abkühlen des teilerstarrten Strangs (1b) bis zur Durcherstarrung des Strangs (1) in der Tertiärkühlzone (5) der Stranggießmaschine erfolgt, wobei das Abkühlen am Stranganfang (1a) stärker und zum Strangende (1c) hin abnehmend erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des teilerstarrten Strangs (1b) in der Tertiärkühlzone (5) durch die Beeinflussung zumindest eines aus der Gruppe:

   - Wärmeisolation des Strangs (1, 1 b),

   - Heizung des Strangs (1, 1 b),

   - Oberflächenkühlung des Strangs (1, 1b) eingestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der teilerstarrte Strang (1b) in der Tertiärkühlzone (5) durch eine Heizvorrichtung (7) aufgeheizt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Heizvorrichtung (7) in die Auszugsrichtung (A) der Stranggießmaschine verfahrbar ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der teilerstarrte Strang (1b) in der Tertiärkühlzone (5) durch eine Wärmeisolation (9) vor zu rascher Abkühlung geschützt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationswirkung der Wärmeisolation (9) eingestellt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strängende (1c) durch eine Kopfheizung (10) erwärmt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des teilerstarrten Strangs (1b) durch eine Kühlvorrichtung (4a) in der Tertiärkühlzone (5) abgekühlt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der teilerstarrte Strang (1b) in der Tertiärkühlzone (5) durch eine stationäre oder in der

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   Auszugsrichtung (A) verfahrbaren Rührspule (32) gerührt wird oder der teilerstarrte Strang (1b) um seine eigene Achse in der Tertiärkühlzone (5) abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird.
10. 10. Stranggießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit

    - einer Einrichtung zum Ausziehen eines Strangs (1) aus einer Durchlaufkokille (2) und einer Einrichtung (37, 38, 39) zum Ausfördern des Strangs (1) aus der Stranggießmaschine,

    - der gekühlten Durchlaufkokille (2) zur Primärkühlung des Strangs (1), nachfolgend

    - einer Strangführung (3) zum Stützen und Führen des Strangs (1) mit einer Sekundärkühlzone (4) zum Abkühlen des Strangs (1), und wiederum nachfolgend

    - einer Tertiärkühlzone (5) zum weiteren Abkühlen des Strangs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärkühlzone (5) eine, insbesondere in die Auszugsrichtung (A) der Stranggießmaschine verfahrbare, Heizvorrichtung (8) zum gesteuerten oder geregelten Abkühlen des teilerstarrten Strangs (1b) aufweist.
11. 11. Stranggießmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärkühlzone (5) eine statisch einstellbare oder eine gesteuert oder geregelt einstellbare, Wärmeisolation (9) aufweist.
12. 12. Stranggießmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 11, gekennzeichnet durch mehrere, quer zur Auszugsrichtung (A) der Stranggießmaschine, versetzte Tertiärkühlzonen (5), wobei der Maschinenkopf der Stranggießmaschine, umfassend die Durchlaufkokille (2) und vorzugsweise die Sekundärkühlzone (4), mit einer Tertiärkühlzone (5) verbindbar und trennbar sind.
13. 13. Stranggießmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tertiärkühlzonen (5) bogenförmig, vorzugsweise kreisförmig, oder linear hintereinanderliegend angeordnet sind.
14. 14. Stranggießmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Wärmeisolation (9) zumindest ein Isolationspanel (9a) aufweist, dass in Auszugsrichtung (A) verlagerbar oder zur Auszugsrichtung (A) verschwenkbar ist.
15. 15. Stranggießmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stranggießmaschine einen Strangabzugswagen (11) zum Ausziehen des Strangs (1) aufweist, wobei der Strangabzugswagen (11) in Auszugsrichtung (A) verfahrbar ist.
16. 16. Stranggießmaschine nach Anspruch 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Strangabzugswagen (11) mit dem Maschinenkopf verbunden ist und beide quer zur Auszugsrichtung (A) verfahrbar sind.
17. 17. Stranggießmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkopf stationär ist und der Strang (1) quer zur Auszugsrichtung (A) verfahrbar ist.