DE10119550A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Stranggu-Vormaterial - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial, insbesondere zum Walzen von Metallprofilen, insbesondere von Stahlprofilen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in einer Stranggießanlage Gußstränge im Block- oder Gießprofil gegossen und diese unterhalb der Kokille (5) bzw. innerhalb oder unterhalb der Strangführung im Bereich ihres noch flüssigen Kerns unter Verwendung einer oder mehrerer Rollenpaare mit profilierten vorzugsweise axial und/oder radial anstellbaren Rollen (2, 3) einer Vorumform-Einheit zu Vorprofilen (4) umgeformt werden, die in einem Fertigwalzprozeß zu Profilen mit vorgegebenen Endabmessungen fertiggewalzt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial zum Walzen von Metallprofilen, insbesondere zum Walzen von Stahlprofilen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In der Profilwalztechnik kommen endabmessungsnah gegossene Vorprofile in Vorbereitung einer Fertigwalzung mit Endabmessungen zum Einsatz. Ihre Ent­ wicklung ist auf das Trägerwalzen zurückzuführen.

In der Walzwerkstechnik besteht aufgrund einer zu erreichenden Mindestumfor­ mung nicht so sehr die Forderung nach möglichst endabmessungsnahen Vorpro­ filen, sondern vielmehr die Forderung nach einer günstigen Massenverteilung der Vorprofile hinsichtlich der daraus zu walzenden Fertigprofile.

Die bekannte Liquid Core Reduction zur Reduzierung der Strangdicke beim Dünnbrammengießen läßt erkennen, daß Abnahmen von 25% und mehr ohne Qualitätseinbuße problemlos möglich sind. Beim Betreiben solcher Anlagen konnte weiter beobachtet werden, daß örtlich noch höhere Abnahmen ohne Gefü­ geschäden durchaus möglich sind.

Das beim Stand der Technik bekannte Verfahren der Liquid Core Reduction (LCR) sieht eine Arbeitsweise vor, wobei der Strang mit flüssigem Kern von der Austritts­ dicke aus der Kokille der Stranggießanlage - über mehrere Rollen verteilt - auf eine geringere Dicke reduziert wird. Die Erstarrung des Stranges erfolgt unterhalb des keilförmig angestellten ersten Segmentes der Strangführung in einer der Schrumpfung des Stranges entsprechend konisch eingestellten Strangführung.

LCR bietet die Möglichkeit, insbesondere bei Dünnbrammengießanlagen neben der bekannten Anpassung der Formatbreite in der Kokille auch die Formatdicke während des Gießens entsprechend dem Walzprogramm anzupassen. Die Redu­ zierung der Formatdicke und das Wiederauffahren der Strangführung auf das Ko­ killenaustrittsmaß ist jederzeit innerhalb einer Sequenz möglich. Dabei wird die gewünschte Strangdicke mittels Rollen entweder über Hydraulikzylinder und An­ schläge, oder stufenlos über positionsgeregelte Hydraulikzylinder eingestellt.

Beim Stand der Technik werden in modernen Profilwalzwerken sowohl Blöcke als auch Beam Blanks als Vorprofil eingesetzt. Es werden aus Beam Blanks neben Trägern auch U-Profile, Spundwand- und Sonderprofile hergestellt.

Der Einsatz von Blöcken und Beam Blanks zur Profilwalzung erfordert stets eine Vorwalzeinheit, die entweder aus einem Break-Down-Gerüst, oder aus einer Duo- Vorwalzgruppe bestehen kann. Je größer die Abweichung der Querschnittsgeo­ metrie zwischen Vor- und Zwischenprofile einer Vorwalzgruppe ist, desto mehr Kaliber und Stiche sind für das Walzen der Endabmessung in der Fertigstraße erforderlich.

Die nicht veröffentlichte Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 100 11 689.2 beschreibt ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen und insbesonde­ re von Dünnbrammen, in einer Stranggießanlage mit einer Strangführung, umfas­ send unterhalb einer Kokille im lichten Abstand einstellbare Strangführungssegmente, insbesondere mit Rollenpaaren, wobei zur Verminderung von Seigerungen und Kernporositäten der Gießstrang im Bereich einer Resterstarrung durch An­ stellung der Strangführungssegmente in der Dicke reduziert wird. Das Verfahren wird als Soft-Reduktion bezeichnet.

Bei einem bekannten Verfahren gemäß DE 41 38 740 A1 durchläuft ein Strang eine Soft-Reduktion-Strecke, bei deren Eintritt er noch nicht durcherstarrt ist, an deren Ende er jedoch durcherstarrt sein soll, wofür u. a. die Gießgeschwindigkeit einen wesentlichen Betriebsparameter darstellt. Im Bereich der Enderstarrung wird dabei eine Dickenreduktion bspw. für Dünnbrammen zwischen 0,5 und 3 mm/m Gießlänge durchgeführt. Dazu werden in der Soft-Reduktion-Strecke die Rollen­ paare einzelner Segmente über das Schrumpfverhalten des Stranges hinausge­ hend enger eingestellt, um im Bereich der Resterstarrung eine Verbesserung der Strang-Innenqualität zu erreichen.

Die EP 0 834 364 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für Hochge­ schwindigkeits-Stranggießanlagen mit einer Strangdickenreduktion während der Erstarrung, wobei Schmelze vorzugsweise in eine oszillierende Kokille gegossen und der Strangquerschnitt linear über eine Mindestlänge der Strangführung un­ mittelbar unter der Kokille, dem sogenannten Gießwalzen, reduziert wird. Es er­ folgt anschließend eine weitere Strang-Reduktion über die restliche Strangfüh­ rung, die sogenannte "Soff-Reduktion", bis maximal unmittelbar vor der Enderstar­ rung bzw. Sumpfspitze. Durch diese verfahrenstechnische Maßnahme wird die Deformationsdichte der Querschnittsreduktion so vorgegeben, daß die kritische Deformation der Strangschale unter Berücksichtigung der hohen Gießgeschwin­ digkeit und Stahlgüte nicht überschritten wird.

Die EP 0 177 796 B1 offenbart ein Verfahren zum Führen und Richten eines Gießstranges im Richt- und Auslaufbereich einer Bogenstranggießanlage, wobei gegenüberliegend angeordnete Rollen von einer Federkraft gegen den ferrostatischen Druck des Gießstranges in einem dem Gießverfahren entsprechenden Ab­ stand gehalten werden. Dabei wird ein Gießstrangbereich erhöhter Festigkeit wegverfolgt, und bei dessen Durchlauf zwischen gegenüberliegenden Rollen wird die jeweilige Federkraft durch eine geringe Zusatzkraft reduziert. Dieser Vor­ schlag, nämlich den lichten Abstand bzw. die Maulweite über Hydraulikzylinder mit eingebauter induktiver Wegmessung und Servoventilen stufenlos einzustellen, erfordert eine rechnerisch oder meßtechnische Ermittlung der Lage der Sumpf­ spitze.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Herstellen von Vorprofilen unter Verwendung endabmessungsnah gegossener Blöcke oder Be­ am Blanks anzugeben. Dabei soll mittels einer symmetrisch oder unsymmetri­ schen Umformung der Strangschale im Gegensatz zum Walzen eine wesentlich homogenere Umformung des Gußstranges erreicht werden. Auch soll die Her­ stellung unterschiedlicher Vorprofile für ein Profilwalzwerk den Walzaufwand für die Endprofilierung im Fertigwalzwerk wesentlich reduzieren und dabei zusätzlich Kaliber einsparen.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der im Oberbe­ griff von Anspruch 1 genannten Art vor, daß in der Stranggießanlage Gußstränge im Block- oder in einem sonstigen geeigneten Gießprofil (z. B. Beam Blank) ge­ gossen und diese unterhalb der Kokille bzw. innerhalb oder unterhalb der Strang­ führung im Bereich ihres noch flüssigen Kerns unter Verwendung von mindestens einem Rollenpaar zur Strangumformung mit profilierten, vorzugsweise axial und/oder radial anstellbaren Rollen einer Vorumform-Einheit zu Vorprofilen um­ geformt werden, die in einem Fertigwalzprozeß zu Profilen mit vorgegebenen En­ dabmessungen fertig gewalzt werden. Weiterhin wird nach der Erfindung eine einfache und wartungsfreundliche Strangführung für eine Vielzahl von unter­ schiedlichen Strangquerschnitten geschaffen.

Mit Vorteil kann mit dem Verfahren nach der Erfindung aus einem Strangprofil mit flüssigem Kern, d. h. mit dem Profil einer Stranggußkokille und einer entsprechend eingestellten Strangführung im Durchlauf durch profilierte und radial sowie axial anstellbare Rollen eine große Anzahl unterschiedlicher und auch unsymmetrischer Stranggußprofile als Vorprofile erzeugt werden.

Vorteilhaft führt eine unsymmetrische Umformung der Strangschale im Gegensatz zum Walzen zu einer wesentlich homogeneren Umformung, da der flüssige Kern keine Druck- bzw. Zugspannungen erfährt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich infolge der höheren Anzahl unter­ schiedlicher Vorprofile für ein Profilwalzwerk, weil damit der Walzaufwand redu­ ziert und zusätzlich Kaliber gespart werden. Beim Einsatz von unsymmetrischen Vorprofilen ist beim Walzen eine homogenere Umformung möglich, so daß die Kaliber- und Armaturenbeanspruchung deutlich reduziert und die Standzeiten er­ höht werden.

Dabei erfolgt die Umformung des Stranges gestuft mit mindestens einem Rollen­ paar. Die Anzahl der erforderlichen Rollenpaare richtet sich erfahrungsgemäß nach dem jeweiligen geforderten Profilquerschnitt. Die Umformung kann auch über andere Anstellmittel, z. B. anstellbare profilierte Kufen, die über einen vorge­ gebenen Weg mit Gießgeschwindigkeit mitlaufen, abheben und in die Ausgangs­ position mit höherer Geschwindigkeit zurücklaufen.

Weiterhin sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, daß ein Vorprofil in der Vorform-Einheit derart umgeformt wird, daß es in seiner Querschnittsform und Massenverteilung dem Fertigprofil ähnlich ist.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß die Profilierung der Rollen derart ausgebildet wird, daß ihre Anstellung möglichst viele Vorprofil-Abmessungen ergibt.

Und weiter sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die Umformung eines Gußstranges zum Vorprofil mit einem oder mehreren Rollenpaaren durchgeführt wird, wobei sich deren Anzahl nach dem jeweils vorgebbaren Profilquerschnitt richtet.

Dabei muß darauf geachtet werden, daß eine Formänderung des gegossenen Blocks oder des Gießprofils unter der örtlichen Einwirkung eines Rollenpaares nur in einer solchen Größenordnung vorgenommen wird, daß keine Schädigung der Strangschale verursacht wird.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung insbesondere ver­ schiedene Vorprofil-Formate sind entsprechend den Unteransprüchen vorgese­ hen.

Eine Vorrichtung zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial für das Walzen von Metallprofilen, insbesondere für das Walzen von Stahlprofilen, umfassend eine Stranggießanlage mit einer Block- oder einer anderen geeigneten Gießprofil- Kokille sieht vor, daß unterhalb der Kokille bzw. innerhalb oder unterhalb der Strangführung im Bereich eines noch flüssigen Kerns eines aus der Kokille aus­ tretenden Gußstranges eine Vorumform-Einheit mit mindestens einem Rollenpaar mit profilierten, vorzugsweise axial und/oder radial anstellbaren Rollen derart an­ geordnet ist, daß die Rollen den Block oder das Gießprofil im Durchlauf durch die Vorumform-Einheit zu Vorprofilen umformen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt gegossene Stranggießprofile mit flüssigem Kern beim Reduzieren zu endabmessungsnahen Profilen;

Fig. 2 die Umformung eines gegossenen Stranges nach der Erfindung mit mehreren Rollenpaaren,

Fig. 3 eine Anzahl unterschiedlicher Vorprofile, die aus einem Gußstrang einer Block- oder Beam Blank-Kokille nach der Erfindung herstellbar sind,

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Herstellung von Stranggußvorprofilen entspre­ chend der Erfindung,

Fig. 5 das Prinzip der Vorprofilierung in einem Umformschritt.

Fig. 1, nämlich Fig. 1a bis 1c zeigt Arbeitsschritte beim Gießreduzieren gegosse­ ner Stranggußprofile 4a, 4b, 4c zu endabmessungsnahen Profilierungen zwischen Profilwalzen 2a, 3a; 2b, 3b und 2c, 3c.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Vorprofilierung eines Gießstranges bspw. aus einer Blockkokille im Durchlauf durch die Rollenpaare 2b/3b, 2a/3a. Die Rollen 2, 3 sind profiliert und drücken die Strangschale entgegen dem ferrostatischen Innendruck des flüssigen Kerns zu einem Profil, ähnlich dem Profilquerschnitt 4.1 in Fig. 3. Weil gegenüber dem flüssigen Kern die Strangschale noch leicht verformbar ist, handelt es sich bei dem Vorgang nicht so sehr um einen Walzprozeß, sondern eher um ein Drückverfahren. Die Anzahl der notwendigen Rollenpaare richtet sich dabei nach dem jeweiligen Profilquerschnitt. Dabei darf die Abnahme bei jedem Rollenpaar nicht so groß sein, daß eine Schädigung der Strangschale erfolgt. In Fig. 2 ist das Prinzip der Vorprofilierung zwischen zwei Rollenpaaren rein beispiel­ haft dargestellt.

Zuerst drückt das im Durchmesser etwas kleinere Rollenpaar 2b, 3b eine flach konkave Rille 4, während das nachlaufende Rollenpaar 2a, 3a bei etwas größe­ rem Durchmesser seiner Profilierung 9 die konkave Form entsprechend dem For­ mat 4.1 bzw. 4.2 in Fig. 3 weiter nachformt. Nach dem Umformbereich kann sich eine Zone reiner Strangführung anschließen. Die Vorprofilierung gegossener Blöcke oder Beam Blanks mit noch flüssigem Kern erfolgt in kleineren Schritten, so daß von einem Liquid Core Shaping bei der Vorumformung gesprochen werden kann.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche Stranggußvorprofile, die durch ein Liquid Core Sha­ ping-Verfahren hergestellt werden können. Es sind dies bspw.:

• - Beam Blank-Formate mit großer Stegdicke und geringer Einschnitttiefe zum Walzen von Doppel-T-Profilen (vgl. Format 4.1).
• - Beam Blank-Formate mit unterschiedlichen Flanschhöhen und -breiten bspw. zur Schienenwalzung (vgl. Format 4.2),
• - Beam Blank-Formate mit örtlich vergrößerter Stegdicke, bspw. zur Walzung von Rillenprofilen (vgl. Format 4.3),
• - Beam Blank-Formate mit einseitiger Flanschreduzierung ermöglichen bspw. eine U-Profilwalzung (vgl. Format 4.4),
• - Blöcke mit trapezförmigem Querschnitt eignen sich bspw. zur Schienenwal­ zung (vgl. Format 4.5/4.6 und 4.7),
• - Blöcke mit leicht U-förmigem Querschnitt eignen bspw. sich zur Spund­ wandwalzung (vgl. Format 4.8),
• - Blöcke mit leicht M- oder W-förmigem Querschnitt sind ebenfalls zur Spundwandwalzung geeignet (vgl. Format 4.9),
• - Rundprofil z. B. für die Stabstahl- und Drahtwalzung (vgl. Format 4.10),
• - Ovales Format z. B. für die Stabstahl- und Drahtwalzung (vgl. Format 4.11).

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial nach der als Liquid Core Shaping (LCS) bezeichneten Arbeitsweise, umfassend eine Stranggießanlage mit einer Block- oder Beam Blank-Kokille 5.

Unterhalb der Kokille 5 bzw. unterhalb eines Strangführungssegmentes 6' im Be­ reich eines noch flüssigen Kerns des aus der Kokille 5 austretenden Gußstranges 1 ist eine Vorumform-Einheit 7 mit profilierten, axial und/oder radial anstellbaren Rollen 3, angeordnet. Die Rollen 3 formen das Beam Blank 1 im Durchlauf durch die Vorumform-Einheit 7 zu Vorprofilen 4 (vgl. Fig. 3) um. Vorzugsweise soll nach der Vorumform-Einheit (7) ein selbsttragendes Strangprofil erreicht sein, das keine weitere Strangstützung erfordert. Bei nicht selbsttragenden Strangprofilen ist im Anschluß an die Vorumform-Einheit 7 sich ein weiteres Strangführungssegment 6' angeordnet, das nunmehr Führungsrollen mit entsprechenden Profilen, wie die Ausgangs-Profilierungsrollen 3 der Einheit 7, besitzt. Dagegen handelt es sich beim Strangführungssegment 6 um glatte, unprofilierte Rollen 2.

Fig. 5 zeigt das Prinzip der Vorprofilierung des Gußstranges 1 in einem Umform­ schritt mittels der Rollen 2a, 3a. Seitliche Führungsrollen 8a, 8b geben dem Flansch des Vorprofils die seitliche Stützung.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial zum Walzen von Metallprofilen, insbesondere Stahlprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Stranggießanlage Gußstränge im Block- oder in einem sonsti­ gen Gießprofil (z. B. Beam Blank) (1) gegossen und diese unterhalb der Ko­ kille (5) bzw. innerhalb oder unterhalb der Strangführung im Bereich ihres noch flüssigen Kerns unter Verwendung eines oder mehrerer Rollenpaare mit profilierten vorzugsweise axial und/oder radial anstellbaren Rollen (2, 3) einer Vorumform-Einheit (7) zu Vorprofilen (4) umgeformt werden, die in ei­ nem Fertigwalzprozeß zu Profilen mit vorgegebenen Endabmessungen fer­ tiggewalzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorprofil (4) in der Vorumform-Einheit (7) derart umgeformt wird, daß es in seiner Querschnittsform und Massenverteilung dem Fertigprofil ähnlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Rollen (3) derart ausgebildet wird, daß ihre Anstel­ lung möglichst viele Vorprofilabmessungen ergibt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung eines Gußstranges zum Vorprofil (4) mit einem oder mehreren Rollenpaaren (3), vorzugsweise in Umformstufen durchgeführt wird, wobei sich deren Anzahl nach dem jeweils vorgebbaren Profilquer­ schnitt (4i) richtet.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formänderung des gegossenen Blocks oder des Gießprofils (z. B. Beam Blank) (1) unter Einwirkung eines Rollenpaares (2, 3) nur in einer solchen Größenordnung vorgenommen wird, daß keine Schädigung der Strangschale verursacht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gieß- und/oder Anstellparameter so eingestellt werden, dass der Gußstrang nach der Vorumform-Einheit selbsttragend ist und damit keine Strangstützung erforderlich ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenprofil so gewählt wird, dass der Gußstrang nach der Vorumform-Einheit selbsttragend ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlparameter vor und/oder in der Vorumform-Einheit so einge­ stellt werden, dass das Temperaturprofil des Gußstranges unkritisch für die Strangumformung ist.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Block- oder Gießprofil-Kokille gegossene Stränge (1) durch Liquid Core Shaping (LCS) zu Beam Blank-Vorprofilen (4.1 bis 4.11) um­ geformt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß durch LCS-Umformung die folgenden Vorprofil-Formate erzeugt wer­ den:
mit großer Stegdicke und geringer Einschnitttiefe ein Vorformat (4.1) z. B. für die T-Profil-Walzung,
mit unterschiedlichen Flanschhöhen und -breiten ein Vorformat (4.2) z. B. für die Schienenwalzung,
mit örtlich vergrößerter Stegdicke ein Vorformat (4.3) z. B. für die Wal­ zung von Rillenprofilen,
mit einseitiger Flanschreduzierung ein Vorformat (4.4) z. B. für die U- Profilwalzung,
Blöcke mit trapezförmigem Querschnitt (4.5 bzw. 4a-4c) z. B. für die Schienenwalzung
Blöcke mit trapezförmigem Querschnitt (4.6, 4.7) z. B. für die Schie­ nenwalzung,
Blöcke mit etwa U-förmigem Querschnitt (4.8) z. B. für die Spund­ wandwalzung,
Blöcke mit angenähert M- oder W-förmigem Querschnitt (4.9) z. B. für die Spundwand-Walzung,
Rundprofile (4.10) bzw. ovale Formate (4.11) bspw. für die Stabstahl- und Drahtwalzung.

11. Vorrichtung zum Herstellen von Strangguß-Vormaterial, für das Walzen von Metallprofilen, insbesondere von Stahlprofilen, umfassend eine Stranggieß­ anlage mit einer Block- oder Gießprofil-Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Kokille (5) bzw. innerhalb oder unterhalb der Strangfüh­ rung im Bereich eines noch flüssigen Kerns eines aus der Kokille (5) aus­ tretenden Gußstranges (1) eine Vorumform-Einheit mit mindestens einem Rollenpaar mit profilierten, vorzugsweise axial und/oder radial anstellbaren Rollen (2, 3) derart angeordnet ist, daß die Rollen den Block bzw. das Gießprofil (1) im Durchlauf durch die Vorumform-Einheit (7) zu Vorprofilen (4) umformen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorumform-Einheit (7) bzw. die anstellbaren Rollen (2, 3) zwecks Anpassung an andere Vorprofile (4) schnell wechselbar ausgebildet sind.