CH645046A5 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen von stahl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen Stahlstrang gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Eine wünschenswerte Eigenschaft von Stahl in seinem gegossenen Zustand ist bekanntlich eine möglichst gleichförmige Verteilung seiner Komponenten und Verunreinigungen, die normalerweise im Stahl zu finden sind, innerhalb des Stahlproduktes. Der Ausdruck «Komponente» wird hier in dem üblichen Sinne gebraucht, d.h. unter einer «Komponente» ist ein Bestandteil eines chemischen Systems oder einer Phase oder eine Kombination von Phasen zu verstehen, die ein chemisches System bilden, die in einer charakteristischen Konfiguration in einer Legierungsmikrostruktur auftreten, wohingegen unter «Verunreinigungen» Elemente oder Verbindungen zu verstehen sind, deren Gegenwart in einem Material oder Produkt unerwünscht ist. Unter den Begriff der Komponenten fallen somit hier die Stoffe oder Materialien, die zu einem chemischen System kombiniert sind, unter Erzeugung eines speziellen durch Vergiessen hergestellten Stahls. Unter den Begriff der Komponenten fallen jedoch nicht die Verunreinigungen oder unerwünschten Elemente oder Verbindungen, die in dem gegossenen Metall vorhanden sind. In jedem Falle macht eine Ségrégation oder Ausscheidung der Komponenten in gegossenem Stahl diesen für eine nachfolgende Weiterbearbeitung wie Schmieden oder Warmverformen oder Auswalzen zu einem Stab und Verziehen zu einem Dräht weniger geeignet. Der hier verwendete Ausdruck «Ségrégation» oder «Ausscheidung» wird hier ebenfalls in dem normalerweise üblichen Sinne verwendet, d.h. der Ausdruck «Ségrégation» oder «Ausscheidung» ist ein Ausdruck, der unter Bezugnahme auf die nichtgleichförmige Verteilung oder Konzentration von Komponenten (oder Verunreinigungen), die während der Verfestigung des Metalls herbeigeführt wird, benutzt wird. Eine Konzentration oder Akkumulation von Verunreinigungen in verschiedenen Positionen oder Lagen innerhalb des Metalls wird in der Literatur beispielsweise als Ausscheidung bezeichnet. Die Ausscheidung, die zwischen den Armen von Dendriten auftritt, wird als geringe Ausscheidung oder Mikroausschei-dung bezeichnet, weshalb die Zusammensetzung innerhalb eines einzelnen Kristalles veränderlich sein kann. Eine Ma-kroausscheidung tritt um primäre oder sekundäre Lunkeroder Schwindungshohlräume auf, wie beispielsweise Lunker und Poren sowie in ähnlichen Bezirken oder Bereichen und gibt sich oftmals in Form von hervortretenden Linien zu erkennen, die eine deutlich aufgerichtete oder hängende konische Form haben, welche klar zutage treten, wenn die Barren oder Blöcke unterteilt und geätzt werden. Ausscheidungszonen neigen dazu, in den mittleren Bereichen des durch Vergiessen erhaltenen Produktes aufzutreten und normalerweise innerhalb des Teiles, der hauptsächlich von gleichachsigen Kristallen eingenommen wird. Eine Mikroausscheidung lässt sich gelegentlich durch Anlassen oder Frischen überwinden, wohingegen eine Makroausscheidung die nachfolgenden Erhitzungs- und Bearbeitungsstufen überdauert. Sogenannte Lunker-Ausscheidungen treten rund um die soge2

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nannten Lunkerhohlräume auf. Bei der normalen Ausscheidung in Stahl akkumulieren sich die Komponenten oder Bestandteile (aufgelöste Stoffe) in dem Eisen (Lösungsmittel), die aus der erstarrenden Flüssigkeit ausgeschieden werden, an der fortschreitenden Feststoff-Flüssigkeitsberührungsflä-che, so dass die Komponenten oder Bestandteile des niedrigsten Schmelzpunktes sich in den letzten sich verfestigenden Anteilen konzentrieren, wohingegen dies bei einer umgekehrten oder inversen Ausscheidung umgekehrt ist, und die Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration an aufgelöstem Stoff wird zwischen den Dendriten eingefangen, wodurch eine Konzentrationsabnahme an aufgelösten Stoffen von der Barren- oder Blockoberfläche in Richtung Zentrum hervorgerufen wird. Eine inverse Ausscheidung besteht dann in einer Konzentrierung von Bestandteilen oder Verunreinigungen auf einen höheren Grad nahe den äusseren Oberflächen (im Vergleich zum Inneren) eines Barrens oder Blockes oder Gusskörpers.

Es sind Verfahren zum Giessen von Stahl bekannt, bei denen Stahlprodukte mit einem vergleichsweise hohen Ausscheidungsgrad von Verunreinigungen und Legierungsbestandteilen innerhalb des gegossenen Stahles erhalten werden. Aufgrund der hohen Konzentration an Komponenten und Verunreinigungen im Stahl tritt normalerweise eine inverse oder umgekehrte Ausscheidung auf. Eine solche ungleichförmige Verteilung von Verunreinigungen und/oder Komponenten innerhalb des Gussstahles macht es wünschenswert, dass die Gesamtmenge derselben innerhalb des Stahles vermindert wird, so dass eine nachfolgende Verarbeitung des Gussstahles nicht zu unakzeptierbaren inneren Charakteristika und Oberflächencharakteristika in dem aus dem Gussstahl herzustellenden Produkt führt. Eine Verminderung der Gesamtmenge an Verunreinigungen erfordert jedoch in der Regel eine kostspielige zusätzliche Raffinierung oder Veredelung des Stahles vor dem Giessen und ist manchmal vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen nicht durchführbar oder unpraktisch, während gelegentlich die Zugabe von speziellen Komponenten oder Bestandteilen (einschliesslich Legierungselementen) wünschenswert oder notwendig ist.

Unter den Verunreinigungen und Legierungselementen innerhalb des Stahls, die im Falle von Produkten des Standes der Technik dazu neigen, sich auszuscheiden, sind Schwefel, Sauerstoff, Phosphor, Mangan, Silicium und Kohlenstoff zu nennen. Eine jede ins Gewicht fallende Ausscheidung dieser Elemente macht die Produkte vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen weniger geeignet. Beispielsweise kann eine ins Gewicht fallende Ausscheidung eine ungleichförmige Zug- oder Bruchfestigkeit innerhalb des Stahles herbeiführen, so dass dieser zu einer Weiterverarbeitung zu Draht weniger geeignet wird. Eine Ausscheidung von gasförmigen Verunreinigungen kann zu porösen Bezirken nahe der Oberfläche des gegossenen Produktes führen, welche unter anderen Nachteilen eine unzureichende Oberflächenqualität von Blechen herbeiführt. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf B. C. Whitmore und J. W. Hlinka «Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process», Open Hearth Proceedings, 1969.

Eine starke Mikroausscheidung von Mangan führt zu Problemen in vielen Endprodukten, die aus durch kontinuierliches Giessen erhaltenen Barren hergestellt wurden, und zwar aufgrund des grossen Einflusses auf die Austenit zu Pearlit/Bainit-Martensit-Umwandlungen. Beispielsweise weisen durch kontinuierliches Giessen erhaltene Barren, die zu Drahtstäben ausgewalzt wurden, oftmals hohe Konzentrationen an Mangan im Kern auf, was die lokale Bildung von Martensit während des Giessens begünstigt, was zu häufigen Brüchen während des nachfolgenden Drahtziehprozesses führt.

Dieses Problem ist seit langem bekannt, doch liessen sich nur wenige Veröffentlichungen auffinden, welche in der Praxis erhaltene Produktionsdaten mitteilen. Eine diesbezügliche Studie von Hans Van Vuuren von der Firma African Iron and Steel Industriai Corporation, Ltd. (eine Kopie ist auf den Seiten 306 bis 334 der Literaturstelle «Steelmaking Proceedings», Band 61, Chicago Meeting, April 16-20,1978, enthalten), beschreibt einen Versuch, die Mikroausscheidung zu steuern und die Effekte des Verfahrens im Falle eines stabförmigen Endproduktes.

Van Vuuren folgerte, dass das Auftreten von zentralem Martensit normalerweise in einigen Stahldrahtstäben vermieden werden kann durch Begrenzung der Gesamtkonzentration an Mangan auf maximal 0,75%, Phosphor auf maximal 0,020% und Überwachung der Abkühlung während der Kühlstufe im Anschluss an den Auswalzprozess. Es werden keine Mikroausscheidungswerte der durch kontinuierliches Giessen hergestellten Blöcke mitgeteilt (es wird angenommen, dass die ISCOR mit kontinuierlichem Giessen eines 205 mm x 315 mm grossen Blockes auf einer einer Concast Bloom-Maschine beginnt), doch wurde das Stabendprodukt analysiert, und es zeigte sich, dass die Mangan-Mikroàus-scheidungswerte zwischen 101,5 bis 139,0% der Basisanalyse liegen. Aufgrund der ausgeprägten thermischen Diffusion zwischen dem Zeitpunkt des Giessens und dem Zeitpunkt des Auswalzens wird angenommen, dass die Mikroausscheidungswerte des Mangans in dem gegossenen Block beträchtlich grösser gewesen sind als in dem stabförmigen Endprodukt.

Bis heute gehören zu den bekannten Verfahren des Standes der Technik, die sich mit der Lösung von Problemen aufgrund einer Ausscheidung (z. B. Drahtbruch) befassen, die Ausbesserung (z.B. Homogenisierung) der Zwischenprodukte (z. B. Stäbe oder Stangen) anstelle der Vermeidung des Auftretens einer Ausscheidung während des Giessprozesses. Eine Ursache hierfür beruht ganz offensichtlich darauf, dass es beträchtlich schwieriger ist, den in der Praxis durchgeführten kontinuierlichen Giessprozess zu steuern.

Bei den bekannten Barren- oder Block-Giessverfahren tritt eine Ausscheidung auf, wenn sich der geschmolzene Stahl langsam verfestigt, wobei die Verunreinigungen durch Schwerkraft-Trennung in den oberen Teil der Barren oder Blöcke gelangen. Im Falle von Verfahren, die zu Produkten höherer Qualität führen, wird gelegentlich eine auftretende konzentrierte Schicht von Verunreinigungen und/oder Erstarrungslunkern im oberen Teil eines Barrens oder Blockes auf physikalischem Wege entfernt, abgehäutet oder abgeschrägt, bevor der gegossene Stab weiterverarbeitet wird. Verwiesen wird beispielsweise auf die Arbeit «Recent Developments in Machine Scarfing of Continuous Cast and Roiled Steel», veröffentlicht in der Zeitschrift «Iron and Steel Engineer», Januar 1978, Seiten 68-71 und die US-PS 4 155 399, Spalte 1, Zeilen 61 bis 68.

Es sind des weiteren Verfahren zum kontinuierlichen Giessen von Stahl bekannt, die entwickelt wurden, um die Bearbeitung einer grossen Anzahl von Barren oder Blöcken und die Notwendigkeit der Entfernung der Oberschicht zu vermeiden. Im Falle der von der Anmelderin als am wesentlichsten und vom kommerziellen Standpunkt aus gesehen üblichsten Methode des kontinuierlichen Giessens von Stahl wird das aufgeschmolzene Metall in eine vertikal angeordnete Form mit einem offenen Ende gegossen, die aus einem hoch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, besteht, in der zum Kühlen Wasser zirkuliert wird. Wenn sich die Aus-senfläche des Metalls unter Erzeugung einer Haut oder Hülle von verfestigtem oder erstarrtem Stahl benachbart zur

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Formwand verfestigt, wird der Strand oder Strang des Stahles langsam vom Boden der Form abgezogen, während aufgeschmolzenes Metall kontinuierlich in den oberen Teil der Form eingegossen wird. Dieser Verfahrenstyp wird gelegentlich auch als Junghans-Typ oder Junghans-Rossi-Typ des kontinuierlichen Giesssystems bezeichnet und wurde in der Praxis erfolgreich, beispielsweise von den Firmen Concast AG, Zürich, Schweiz, und Koppers Co., Inc., USA, durchgeführt. (Verwiesen wird beispielsweise auf die US-PS 2 135 183.) Selbst hier jedoch kann es im Falle bestimmter Anwendungszwecke erforderlich sein, eine Oberfläche abzuziehen. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS 4 155 399.

Im Falle eines Verfahrens vom Junghans-Typ kann die Form vertikal längs eines vergleichsweise kurzen Weges hin und her schwingen oder pendeln, so dass die Form sich mit dem Strand oder Strang während jeder nach abwärts gerichteten Schwingung bewegt, unter Erhöhung der Wärmeübertragung während den Zeitspannen, bei denen keine relative Bewegung zwischen dem Strand oder dem Strang und der Form erfolgt. Derartige Hinundherschwingungen oder Oszillationen erhöhen die mögliche Giessgeschwindigkeit, rufen jedoch oftmals unerwünschte Schwingungs- oder Oszillationsstellen oder -ringe hervor, die sich rund um den Gusskörper auf dessen Oberfläche erstrecken.

Wenn die Stränge die Form verlassen, werden normalerweise Wasserstrahlen auf die Oberfläche der halb erstarrten Stränge gerichtet, um die Erstarrung derselben zu vervollständigen. Um die senkrechte Höhe des Gebäudes zu vermindern, das die Giessmaschine vom Junghans-Typ beherbergt, ist es bekannt, Führungswalzen zu verwenden, um den Strang um einen Winkel von ungefähr 90° über einen Radius von beisielsweise 12,20 m umzulenken und den Strang dann noch weiter umzulenken, so dass er eine horizontale Lage zum Schneiden oder für die nachfolgende Bearbeitung einnimmt. Um ein zweimaliges Umlenken des Stranges in dieser Weise zu vermeiden und um einen Giesser in einem kleineren Gebäude installieren zu können, sind gekrümmte Formen entwickelt worden, in welchem Falle die Stränge aus den Formen in Übereinstimmung mit der erwünschten kurvenförmigen Bahn austreten und worauf die Stränge dann in einer Umlenk- oder Biegestufe zu einer horizontalen Orientierung zur zerspanenden Fertigung ausgerichtet werden.

Eine bemerkenswerte Darstellung des traditionellen kontinuierlichen Stahl-Giessprozesses findet sich in der Dezemberausgabe aus dem Jahre 1963 der Zeitschrift «Scientific American Magazine» unter dem Titel «The Continuous Casting of Steel» von L. V. Gallagher und B. S. Old, Band 209, Nr. 6, Seiten 74-88.

Somit ergibt sich, dass bei einem nach dem Stande der Technik durchgeführten Giessprozess unter Verwendung einer vertikalen Form, wozu normalerweise ein fünf- oder hö-herstöckiges Gebäude erforderlich ist, keine rasche Veränderung der Orientierung des sich verfestigenden Stahles erfolgt und dass bei diesem Verfahren das aufgeschmolzene Metall im Zentrum des Stranges zeitweilig in einer horizontalen Lage verbleiben kann, wie es sich aus der US-PS 3 542 115 beispielsweise ergibt. Verunreinigungen haben somit die Möglichkeit, während der fortschreitenden Verfestigung nach oben zu flotieren, und im allgemeinen tritt eine Ausscheidung auf, welche gelegentlich in einem (langen) Querprofil eines gegossenen Stabes des Standes der Technik einer Grösse von 10,16 x 10,16 cm in Form einer Ausscheidungslinie zu beobachten ist, die etwa 2,54 cm vom inneren Radius des Stranges aus auftritt.

Im Forschungsmassstab wurde Stahl auch bereits kontinuierlich in relativ horizontale Formen gegossen, und zwar unter Verwendung einer Doppelband-Giessmaschine, die im

Prinzip ähnlich arbeitete wie die frühere Hazelett Strip-Casting Corp.-Maschine des aus der US-PS 2 640 235 bekannten Typs (erwähnt in der Whitmore und Hlinka-Publi-kation). Diese beiden Autoren gaben an, dass aufgrund des Einflusses der Schwerkraft und der ungefähr 20° von der horizontalen Lage des Stahlstranges während der Verfestigung im Falle dieser Forschungsversuche, dass die Verunreinigungen innerhalb des Stahles dazu neigten, aufzusteigen, um eine weitgehende Zone von segregiertem Material nahe der Oberfläche des gegossenen Materials zu bilden. Diese beiden Autoren gaben an, dass gekuppelt mit der Oberfläche ein Qxidangriffszustand eine interne Oxidausscheidung war, die bei Makroätztesten von Querprofilen festgestellt wurde. Obgleich die Oxidausscheidung dem Grade nach veränderlich ist, war das Profil im Falle aller Platten oder Rohbrammen, die gegossen wurden, ähnlich, und die Autoren erkannten, dass aus diesen Daten offensichtlich ist, dass die Oxidausscheidung stark genug war, um eine schlechte Blech-Oberflächenqualität zu bewirken. Es wurde eine Anzahl von möglichen Lösungen des Problems untersucht, z.B. eine Konzentrierung bei der Eliminierung von Form-Beckenschlacke, die Verwendung von stationären, mit Wasser gekühlten Kupferranddämmen, die Verwendung von eingetauchten Zufuhrleitungen und dergleichen. Die Autoren stellten jedoch fest, dass sämtliche dieser Versuche zur Lösung des Problems fruchtlos blieben. Es wurde vorgebracht, dass grössere Konzentrationen an ausscheidenden Oxiden in den sich verfestigenden Platten oder Rohbrammen zu einem Zeitpunkt eingefangen wurden, zu dem die obere Haut etwa 1,25 bis 1,90 cm dick war. Die Autoren erkannten, dass ein Vergiessen bei einem Winkel von 20° zu einem vom metallurgischen Standpunkt aus gesehen unakzeptierbaren Produkt für die Herstellung von Blechen führt, hergestellt entweder aus Al-beru-higtem oder in Vakuum behandeltem Stahl, da kein Weg ermittelt werden konnte, um diese Oxide zu entfernen und weil die Einschlüsse in Richtung zum oberen Teil des gegossenen Blockes segregierten. Die Autoren schlugen vor, zu der Verfahrensweise des Standes der Technik zurückzukehren, bei der die Form (Junghans-Typ) in vertikaler Position angeordnet ist, als eine Möglichkeit, um das Ausscheidungsproblem zu überwinden.

Es wird angenommen, dass die aussermittige Verteilung der Bestandteile oder Komponenten und Verunreinigungen ebenfalls unvorhersehbare Veränderungen in nachfolgenden Versuchen bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise dem Heisswalzen, des Materials führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines gegossenen Stahlstranges zu ermöglichen, die im Vergleich zu einem Stab oder einer Stange des Standes der Technik durch einen neuen Mangel an Ausscheidung von Mangan, Sauerstoff, Schwefel und Kohlenstoff gekennzeichnet ist. Das er-findungsgemässe Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. Ein nach diesem Verfahren gegossener Stahlstrang kann Stahl aufweisen, der, untersucht man ein (langes) Querschnittsprofil auf eine Makroausscheidung, eine maximale Abweichung im Sauerstoffgehalt von weniger als 20 ppm (0,0020%) und eine Sauerstoffausscheidungs-Stan-dardabweichung von weniger als 8 ppm (0,008%) im Falle von Proben mit etwa 0,01 % Sauerstoff zeigt, ferner eine maximale Abweichung im Schwefelgehalt von weniger als etwa 0,004% (40 ppm) und eine Schwefelausscheidungs-Stan-dardabweichung von weniger als 0,001% (10 ppm) im Falle einer Probe mit etwa 0,02% Schwefel sowie eine maximale Abweichung im Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 % (100 ppm) und eine Kohlenstoffausscheidungs-Standardab-weichung von weniger als 0,004% (40 ppm) im Falle einer Probe mit etwa 0,185% Kohlenstoff und eine verbesserte

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Zugfestigkeit und Dehnung im Falle des gegossenen Produktes. Der Ausdruck Standardabweichung ist gleichbedeutend wie der Ausdruck mittlere quadratische Abweichung.

Entsprechend gute Ergebnisse sind im Falle von Si, P, Cr und anderen Legierungselementen, die normalerweise bei der Stahlherstellung verwendet werden, zu erwarten. Eine Mikrosegregationsanalyse wurde für C, Mn, S, Cr sowie Si durch eine Elektronenmikroprobe durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse ergaben eine viel geringere Mikroausschei-dung von Mangan im Vergleich zu Proben, die nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren erhalten wurden. So wurden beispielsweise Chargen von aufgeschmolzenem Stahl mit etwa 0,46% Kohlenstoff und etwa 0,98% Mangan sowohl nach dem hier beschriebenen Verfahren als auch nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik vergossen. Proben der gegossenen Stränge wurden in senkrechter Richtung zerteilt, und es wurden kleine Proben von gleichen Stellen entnommen, etwa in der Hälfte der Entfernung von der Kante in Richtung zum Zentrum. Infolgedessen wurden weder die besten noch die schlechtesten Bezirke für den Vergleich ausgewählt. Die kleinen Proben wurden dann für eine elektronenmikroskopische Untersuchung verwendet und zum Zwecke der Bestimmung der Konzentration an Mangan längs einer willkürlichen Linie von etwa 1800 Mikron analysiert.

Dieses Verfahren ist allgemein bekannt, und es wird angenommen, dass es die leichteste Methode zur Bestimmung einer Mikroausscheidung in Metallen darstellt. Das bekannte Verfahren beruht im wesentlichen auf der Bombardierung eines Prüflings mit einem Strahl von hochenergiereichen Elektronen von geringem Durchmesser, der bewirkt, dass die Probe zur Aussendung charakteristischer X-Strahlen führt, entsprechend der Konzentration der vorhandenen Elemente. Die X-Strahlen werden dann durch Beugung mit einem Kristall (zur Auswahl eines Elementes) zu einem Zeitpunkt analysiert, wobei ihre Intensität mittels eines geeigneten Detektors ermittelt wird. Die Konzentrationen eines speziellen Elementes können durch Vergleich der relativen Intensitäten der X-Strahlen, die durch ein in dem Prüfling vorhandenes Element erzeugt werden, mit einem bekannten Standard ermittelt werden. Um eine maximale Genauigkeit zu erzielen, etwa Vi eines Prozentes, kann das Verhältnis unter Berücksichtigung der Absorption und Fluoreszenz der emittierten X-Strahlen korrigiert werden. Alternativ kann davon ausgegangen werden, dass der durchschnittliche Intensitätsgrad die Basiskonzentration darstellt, die durch eine normale chemische Analyse erhalten wird und dass die Abweichungen der Intensität direkt Abweichungen von der Basiskonzentration darstellen.

Wird dieses letztere Verfahren zu einem Vergleich einer Anzahl von Prüflingen herangezogen, hat es sich als zweckmässig erwiesen, einem jeden Prüfling einen Wert zuzuordnen, der die durchschnittliche Intensität der ausgeprägten Abweichungen anzeigt und somit die durchschnittliche Konzentrationsabweichung von dem Basisniveau. Dieser Wert kann als der Mikroausscheidungswert bezeichnet werden und wird ausgedrückt in Form von Prozent der Basiskonzentration.

Im Falle des vorliegenden Vergleiches ergab die Basisanalyse des untersuchten Prüflings etwa 0,98% Mangan. Diese Ergebnisse zeigten an, dass der nachim Stande der Technik hergestellte Stahlstab einen Mangan-Mikroaus-scheidungswert, ausgedrückt als Prozentsatz der Basisanalyse von etwa 300% hatte, wohingegen der Mangan-Mikro-ausscheidungswert des gegossenen Stranges, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, bei weniger als 175% lag.

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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass das neue Produkt unter Verwendung einer bekannten Giessvorrichtung des Standes der Technik hergestellt werden kann, unter Verwendung von Verfahrensmethoden, die innerhalb der experimentellen Erfahrung derjenigen liegen, die eine übliche Erfahrung auf diesem Gebiet haben.

Die bevorzugte Durchführung der Erfindung besteht in der Bildung einer sich bewegenden gewölbten Form durch Rotation eines Giessrades mit einer peripheren Aussparung auf seiner zentralen Achse und in der Bewegung eines Bandes längs seiner Länge in Kontakt mit der peripheren Aussparung auf dem oberen Teil des Giessrades, Bewegung des Bandes und Giessrades in Verbindung mit etwa dem unteren Teil des Giessrades und Fortbewegen des Bandes von dem Giessrad, Eingiessen von geschmolzenem Stahl in die gewölbte oder bogenförmige Form, Abkühlen der Form unter Hervorrufung einer Verfestigung des geschmolzenen Stahles in der gewölbten Form, Abziehen des gegossenen Stranges von der gewölbten Form, normalerweise zusätzliches Abkühlen des gegossenen Stranges durch Anwendung eines Nachkühlers, nachdem das gegossene Material aus dem geschlossenen Abschnitt der Form ausgetreten ist und progressive Ausrichtung des gegossenen Stranges, wenn sich diese von der gewölbten Form fortbewegt. Verwiesen wird beispielsweise auf die US-PS 3 623 535 und die US-PS 359 348.

Der erfindungsgemässe Stahlstrang ist durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 gekennzeichnet.

Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispieles einer Anlage des Standes der Technik, die sich zur Herstellung eines Giessstahlproduktes nach der Erfindung eignet, mit einer Giessmaschine mit einem rotierbaren Giessrad, definiert durch eine periphere Aussparung und mit einem endlosen Band, das einen Teil der Länge der Aussparung unter Erzeugung einer geschlossenen Form in diesem Abschnitt bedeckt,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Schwefelverteilung in einem nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stahlstrang darstellt,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stahlstrang darstellt,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem Stahlstrang darstellt, der nach dem bekannten Hazelett-Doppelbandverfahren gegossen wurde,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Sauerstoffverteilung in einem Stahlstrang darstellt, der nach einem weiteren Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde, d.h. dem sog. Junghans-Typ-Verfahren und ganz speziell unter Verwendung einer Concast-Maschine des in der Praxis erfolgreichen Typs,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Kohlenstoffverteilung in einem Stahlstrang, der nach der vorliegenden Erfindung gegossen wurde, veranschaulicht,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in der die Zugfestigkeit eines neuen Giessstahlproduktes nach der Erfindung mit einem anderen Giessstahlprodukt, hergestellt nach einem Verfahren des Standes der Technik, verglichen wird,

Fig. 8 ein Schaubild, das die X-Strahlen-Intensitätsabweichung aufgrund einer Mikrosegregation von Mangan in einem Stahlstrang, gegossen nach dem Verfahren der Erfindung, darstellt,

Fig. 9 ein Schaubild, das die X-Strahlen-Intensitätsabweichung aufgrund einer Mikroausscheidung von Mangan in einem Stahlstrang darstellt, der nach dem bekannten kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Giessvorrichtung handelt es sich um eine solche mit einem Giessrad 10 für die Erzeugung des erfindungsgemässen Produktes. Die Vorrichtung ist ähnlich der beispielsweise aus der US-PS 3 623 535 bekannten Vorrichtung. Das Giessrad 10 definiert eine periphere Aussparung G innerhalb des Rades, das über einen Teil seiner Oberfläche von einem endlosen flexiblen Band oder Gurt 11 unter Erzeugung einer geschlossenen Form M bedeckt ist. Das flexible Band 11 wird in Eingriff mit einem Teil der Peripherie des Giessrades durch Trägerwalzen 12,13 und 14 gehalten und bewegt sich mit dem Giessrad 10, wenn dieses sich dreht. In der Nähe der Bandtragewalze 12, wo die geschlossene Form M beginnt, wird aufgeschmolzener Stahl von einem Giesskopf oder Trichter 16 in die Form M durch eine Öffnung 16a eingeführt. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden sämtliche äusseren Oberflächen des Giessrades und Bandes kontinuierlich durch Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit gekühlt, wobei der äussere An teil der Aussparung und des Bandes durch Kühlstrahlen von nicht dargestellten Sprühdüsen gekühlt wird, die sich in Kopfstücken oder Sammelleitungen S2, S3 und S4 befinden, und wobei der innere Anteil der peripheren Aussparung E durch Bestrahlung mit einer Kühlflüssigkeit aus Düsen im Kopfstück S1 gekühlt wird. Die aus jeder Düse ausgespritzte Kühlflüssigkeit oder die aus Gruppen von Düsen ausgespritzten Kühlflüssigkeiten längs der Innenseite der peripheren Aussparung können individuell verstellt werden, so dass das Volumen der Kühlflüssigkeit, die ausgespritzt wird, verändert werden kann, wodurch wiederum die Geschwindigkeit, mit der der Stahl innerhalb der Form M gekühlt wird, verändert werden kann. Die Zufuhr von Kühl-flüssigkeit zu den Düsen oder Gruppen von Düsen kann ebenfalls durch steuerbare Ventile gesteuert werden, wodurch ein Ingangsetzen der Besprühung und eine Unterbrechung der Zufuhr von Kühlflüssigkei]t ermöglicht wird und eine Veränderung des Gesamtvolumens des Kühlstromes. Verwiesen wird beispielsweise auf die Kühlanordnung, die in der US-PS 3 279 000 beschrieben wird.

Jenseits und oberhalb der Bandtrage walze 14 befindet sich ein ausgedehnter Abbiege- oder Umlenkabschnitt 18. Dieser Abschnitt 18 dient zur Ausrichtung des gegossenen Stahlstranges B, der von der peripheren Ausspaltung des Giessrades 10 abgezogen wird, nachdem der Strang den geschlossenen Abschnitt der Form M verlässt. Der Abbiegeabschnitt 18 weist eine Vielzahl von Trägerführungswalzen 19 auf, die auf einem nicht dargestellten Rahmen montiert sind. Seitliche, ebenfalls nicht dargestellte Führungswalzen können ebenfalls in dem Abbiegeabschnitt 18 dazu benutzt werden, um den gegossenen Stahlstrang auf eine ungefähre vertikale Ebene zu begrenzen. Obgleich die Trägerführungswalzen 19 entweder angetrieben sein können oder auch nicht angetrieben sein können, hat es sich doch als vorteilhaft erwiesen, dass mindestens ein Teil der Trägerwalzen 19 angetrieben wird, um die Ausrichtung des gegossenen Stranges zu unterstützen.

Im Falle einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Nachkühlvorrichtung 21 oberhalb und benachbart zu der Bandtragewalze 14 angeordnet, um einen direkten Strom von Kühlflüssigkeit auf den gegossenen Stahlstrang zu richten, der aus der gewölbten Form M austritt.

Bei Betrieb der Giessvorrichtung nach einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Giessrad 10 entgegen der Uhrzeigerrichtung in Bewegung gesetzt, und aufgeschmolzener Stahl wird aus dem Trichter 16 durch die Öffnung 16a in die geschlossene Form M gegossen, die zwischen der peripheren Ausspaltung E des Giessrades und dem flexiblen Band 11 gebildet wird. Aufgeschmolzener Stahl wird dabei nach einer Methode, wie sie für das Vergiessen von Eisenmetallen und Nichteisenmetallen bekannt ist, in gesteuerter Weise in die Form M gegossen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, dass die Drehbewegung des Giessrades den Stab in der Form M weg von der Öffnung 16a führt, so schnell wie der aufgeschmolzene Stahl durch die Öffnung fliesst, um die Oberfläche des Beckens von geschmolzenem Stahl auf einem konstanten Niveau an der Einführungsstelle der Form M zu halten. Das Austrittsende der Schnauze 16a befindet sich so nahe wie möglich zur Eintrittsöffnung der Form M, um zu ermöglichen, dass der aufgeschmolzene Stahl direkt aus der Schnauze in das Becken von geschmolzenem Stahl in der Form fliesst.

Wenn der aufgeschmolzene Stahl rund um das Giessrad 10 innerhalb der Form M geführt wird, wird Kühlflüssigkeit direkt gegen die Form aus den Düsen in der Vorrichtung S1 gerichtet, und die Düsen der anderen Vorrichtungen SI, S3 und S4 sowie die Menge an Kühlflüssigkeit, die dem Band und dem Giessrad zugeführt wird, wird in gewünschter Weise eingestellt, um die Kühlgeschwindigkeit des aufgeschmolzenen Stahles zu steuern.

Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung weist einen Zustand einer sehr gleichförmigen Kühlung über und längs der Längsachse des gegossenen Stranges auf. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang beispielsweise auf die US-PS 3 279 000. Am Anfang erfolgt eine rasche Kühlung und Verfestigung des aufgeschmolzenen Stahles an den Oberflächen des Giessrades und Bandes, wodurch die Ausbildung einer Haut oder Schale aus verfestigtem Stahl mit einer gleichach-sigen Kornstruktur hervorgerufen wird. Eine kontinuierliche Extraktion oder Abführung von Wärme aus dem teilweise verfestigten Strang verursacht eine Verfestigung des Stahls innerhalb des aufgeschmolzenen Kernes fortschreitend und gleichförmig (einschliesslich einer gleichförmigen Weise in jedem Punkt rund um die Peripherie) unter Erzeugung einer dendritischen oder im wesentlichen gleichachsigen Struktur, je nach der Überhitzung des Stahles von der Hülle oder Schale in Richtung des Zentrums des verfestigten Stahlstranges B.

Der Stahl, der in die Form M in aufgeschmolzener Form im oberen Abschnitt des Giessrades eingetreten ist, bewegt sich m einer Abwärtsrichtung, um den unteren Abschnitt des Giessrades und dann in einer Aufwärtsrichtung, bis er den geschlossenen Abschnitt der Form M nahe der Bandträgerwalze 14 verlässt, gelangt durch die Nachkühlstrahlen aus den Düsen in Verbindung mit der Vorrichtung 21 und erreicht eine Führungswalze 15, worauf der Strang von dem Giessrad fortgeführt wird.

Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung übersteigt die Temperatur der äusseren Oberfläche der peripheren Haut des verfestigten Stahles, wenn dieser aus dem geschlossenen Abschnitt der Form M austritt, nicht eine Temperatur von etwa 1370 °C, wobei die Temperatur jedoch nicht bei weniger als etwa 1037 oder 1049 °C liegt.

Der das Giessrad verlassende Strang hat eine Form, die der Krümmung der Form M entspricht, weshalb der Strang fortschreitend ausgerichtet wird durch eine fortschreitende Erhöhung des Radius des Stranges B, wenn dieser sich durch den ausgedehnten Abbiegeabschnitt 18 bewegt. Die Führungswalzen 19 stützen den Strang dabei ab und führen ihn durch den Umwege- oder Ausrichtabschnitt oberhalb des Giessrades 10, wobei mindestens ein paar der Führungswalzen 19 vorzugsweise angetrieben werden, um den Strang B über seine Länge aus dem Giessrad 10 abzuziehen. Der aufgeschmolzene Kern des Stranges B ist zu dem Zeitpunkt, zu dem er mindestens den letzten Sprühstrahl aus der letzten Düse auf der Vorrichtung 21 passiert hat, vollständig verfestigt, um zu gewährleisten, dass der Strang vollständig verfestigt ist, bevor er einen Punkt erreicht, der auf einem Niveau

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mit dem Niveau des Beckens von geschmolzenem Stahl beim Eintritt in die Form M liegt. Infolgedessen fliesst der aufgeschmolzene Stahl im Kern des Stranges nicht entgegengesetzt zur Formbewegung durch das unverfestigte Strangzentrum unter Erzeugung eines Lunkers oder einer Pore im Zentrum des Stranges. Der Strang ist dadurch auch fest und wirkt metallurgisch, bevor er in den Abbiegeabschnitt 18 eintritt, und seine Temperatur gerade vor dem Abbiegen kann ebenfalls eingestellt werden durch Einstellung des Volumens von Kühlflüssigkeit, die durch die Vorrichtung 21 zugeführt wird, um die internen Spannungen des Stranges während der Ausrichtung zu steuern.

Bei der dargestellten Ausgestaltung des Giessrades 10 weist die Form M eine ungefähr trapezoedrische Form auf mit einer geringen Ausdehnung im inneren Abschnitt der peripheren Aussparung und einer grösseren Ausdehnung benachbart zum Band 11. Dies bedeutet, dass ein Stahlstrang, der unter Verwendung einer typischen Giessvorrichtung 10 gegossen worden ist, eine grösste Breite von ungefähr 66,67 mm aufweist, eine geringste Breite von 53,97 mm und eine Tiefe von 47,62 mm mit einem ungefähren Radius von 0,63 cm, der die geringere Breite mit den beiden Seiten des Stranges verbindet. Es können jedoch auch andere Strang-grössen und Strangformen, falls gewünscht, gegossen werden. Beispielsweise lassen sich in vorteilhafter Weise 12,19 cm2 Stränge mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 13,4 m pro Minute und ungefähr 10,6 cm Stränge mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10,6 m pro Minute giessen.

Es wird angenommen, dass die neuen Gussstahlstränge der vorliegenden Erfindung mit einer vergleichsweise hohen linearen Geschwindigkeit erzeugt werden können, da die vergleichsweise grosse Länge der gekrümmten oder gebogenen Form M, abgekühlt durch rasch abschreckende Abkühlstrahlen eine Verfestigung trotz der vergleichsweise hohen Rotationsgeschwindigkeit des Giessrades 10 ermöglicht. Des weiteren bewirkt der relativ kleine Radius des Giessrades 10, dass die Orientierung des aufgeschmolzenen Stahles sich rasch ändert, wenn sich das Rad dreht, im Gegensatz zu den in der Praxis bisher ausgeführten kontinuierlichen Guss-stahlherstellungsverfahren, bei denen der sich verfestigende Stahl in einer horizontalen oder ungefähr horizontalen Orientierung eine wesentliche Zeitspanne lang verbleibt, so dass es Verunreinigungen ermöglicht wird, aufwärts während des Prozesses der Verfestigung zu flotieren. Es wird angenommen, dass, wenn ein Strang B mit einem vergleichsweise geringen Querschnitt nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen wird, der Strang schnell durch das Kühlmittel, das aus den Düsen in Verbindung mit den Vorrichtungen Sl, S2, S3, S4 und 21 ausgesprüht wird, schnell verfestigt wird, bevor eine wesentliche Ausscheidung von Bestandteilen oder Verunreinigungen stattfinden kann.

Das oben beschriebene Verfahren, bei dem ein relativ schnell rotierendes Giessrad mit einem relativ geringen Durchmesser ausreichend gekühlt wird, um Verunreinigungen schnell zum Erstarren zu bringen, bevor eine Ausscheidung und/oder umgekehrte Ausscheidung erfolgen kann, erzeugt somit das neue Giessstahlprodukt der Erfindung mit Eigenschaften, die sich wesentlich von den Eigenschaften eines Gussstahles unterscheiden, der in kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtungen oder Giessmaschinen des Standes der Technik hergestellt wurde.

Es wird angenommen, dass die Ausgestaltung oder Ausführung der Radform, die Ausbildung oder Ausgestaltung von Kühlwassersprühzonen und der vergleichsweise kleine Querschnitt der gegossenen Stränge es ermöglicht, eine höhere Wärmeübertragung im Vergleich zu den bisher bekannten kontinuierlichen Gussstahlherstellungsverfahren zu erreichen.

Einige Vorstellungen von der hohen Kühlgeschwindigkeit oder Verfestigung ergeben sich aus den metallurgischen Grössen der Giesssysteme. Die metallurgische Grösse ist dabei definiert als die Entfernung zwischen dem oberen Teil der flüssigen Schmelze in der Form und dem Punkt, der vollständigen Verfestigung oder Erstarrung.

Im Falle des erfindungsgemässen Verfahrens wurde mit einer metallurgischen Grösse von etwa 4,57 m oder weniger bei der Herstellung eines 12,19 cm2 Stranges bei 10,67 bis 13,41 m pro Minute und im Falle eines 20,57 cm2 Stranges bei einer Geschwindigkeit von 7,62 bis 10,67 m pro Minute gearbeitet. Im Falle von üblichen kontinuierlich arbeitenden Giesssystemen vom eingangs genannten Junghans-Typ werden im allgemeinen metallurgische Grössen von etwa 15,24 m bis 21,336 m beim Vergiessen von Barren einer Grösse von 10,16 x 10,16 cm bei einer Geschwindigkeit von 254 bis 305 cm pro Minute berichtet. Es wurde gefunden, dass im Falle des erfindungsgemässen Verfahrens die erfindungs-gemäss hergestellten Gussstränge in etwa 25 bis 30 Sekunden vollständig erstarrt sind, wobei davon auszugehen ist, dass im Falle eines Stranges vom Junghans-Typ etwa 6 Minuten bis zur vollständigen Erstarrung erforderlich sind.

Es wird angenommen, dass durch die grosse Abkühlgeschwindigkeit der Fluss von Flüssigkeit von höheren Konzentrationen abgelöstem Stoff in die interdendritischen Kanäle vermindert wird und dass dadurch inverse Ausscheidung reduziert wird, während die nichtmetallischen Verunreinigungen, die in dem flüssigen Stahl vorliegen, mit der Flüssigkeit in ungleichförmiger Verteilung ausfrieren oder erstarren.

Es wird des weiteren angenommen, dass der schnelle Orientierungswechsel des aufgeschmolzenen Stahles in sich bewegenden Radformen die Chancen einer Ausscheidung von Verunreinigungen in unerwünschten Positionen innerhalb des gegossenen Stranges reduziert. Das heisst, um ein Beispiel anzugeben, wird der gegossene Strang mit seiner anfänglich vergleichsweise dünnen erstarrten Schale oder Hülle und einem grossen aufgeschmolzenen Zentrum im Gegen-Uhrzeigersinn von gegenüber ungefähr dem Verteiler S2 (siehe Fig. 1) bewegt, an den Verteilern S3, S4 und dann 21 bis zu einem Punkt, wo die erstarrte Hülle oder Schale ziemlich gross geworden ist bezüglich des aufgeschmolzenen Zentrums, was bedeutet, dass der gegossene Strang sich über einen Bogen von mehr als 90° und vorzugsweise mehr als 180° bewegt hat, so wird angenommen, dass ein solcher Orientierungswechsel des Giesskörpers über den Verlauf der Erstarrung dazu neigt, die Ausbildung von grossen Konzentrationen an ausgeschiedenen Bestandteilen oder Komponenten oder Verunreinigungen zu eliminieren, die anderer Weise in den oberen Teil des inneren der sich verfestigenden Schale oder Hülle flotieren würden, da im wesentlichen der «obere Anteil» der sich verfestigenden Schale oder Hülle sich stets während der Rotation des Rades verändert.

Es wurden Messungen durchgeführt, um den Grad der Ausscheidung von Schwefel- und Sauerstoffverunreinigungen und den Grad einer Ausscheidung von Kohlenstoff in neuen Gussstahlsträngen zu bestimmen, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Um ein Ausscheidungsprofil von der Radseite von gegossenen Strängen zur Bandseite der gegossenen Stränge herzustellen, wurden drei Sätze von Proben für Analysezwecke aus (langen) Querprofilen des gegossenen Stranges ausgestanzt, eine Probe aus dem Zentrum des Abschnittes, eine 20 mm links vom Zentrum und eine 20 mm rechts vom Zentrum. Die erhaltenen Werte wurden dann gemittelt, um ein durchschnittliches Profil für einen jeden Strang zu erhalten. Die Ergebnisse von solchen Untersuchungen sind in den Fig. 2, 3 und 6 dargestellt. Es wird angenommen, dass im Falle des Standes s

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der Technik «(lange) Querprofile» und ebene gerade «Querprofile» austauschbar sind, wenn keine Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung mit einem kurzen Querprofil gegeben ist (vgl. ASTM-Bestimmung E399-74, Spalt-Ebene-Orientie-rungs-Identifizierungskode, z. B.).

Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem der durchschnittliche prozentuale Schwefelgehalt in Abhängigkeit von der Lage zwischen der Radseite und dem Strang (Omm) und der Bandseite des Stranges (44 mm in diesem Falle) dargestellt ist, wobei der Stahl eine Zusammensetzung hatte von ungefähr 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,02 Gew.-% Schwefel, 0,99 Gew.-% Mangan, 0,02 Gew.-% Phosphor und 0,21 Gew.-% Silicium (Probe Nr. 45). Die maximale Abweichung vom durchschnittlichen Schwefelgehalt über dem Strang lag bei 0,0013% (13 ppm), im Falle der Messungen, die in Fig. 2 dargestellt sind, und die mittlere quadratische Abweichung, auch Standardabweichung genannt, lag bei 0,000498%. Dies stellt eine unerwartet hohe gleichförmige Verteilung von Schwefel dar, ohne beträchtliche schädliche Ausscheidung. Untersuchungen von anderen Prüflingen des neuen Produktes zeigten, dass maximale Schwefel-Abweichungen bei 0,00114% bis 0,004% (11,4 ppm bis 40 ppm) lagen und dass Schwefel-Standardabweichungen bei 0,000483% bis 0,00138% im Falle von Prüflingen mit 0,01755% bzw. 0,02993% Schwefel, wie unten dargestellt, lagen.

Durchschnitt von 3 Schwefelmessungen in jeder angegebenen Position in ppm

Probe Nr.

26

41

43

45

48

5 mm -

170,3

308,0

234,3

226,7

316

15 mm =

180,7

310,6

233,0

240,0

328

25 mm =

174,3

271,0

223,7

235,0

316

35 mm =

170,7

297,6

227,0

239,7

317

40 mm

181,7

297,6

231,0

238,7

325

47 mm =

-

311,0

238,7

_ -

Durch

schnitt -

175,5

299,3

231,2

236,0

320.4

maximale

Abweichung =

11,4

40,0

11,7

13,0

12,0

Standard-

Abweichung =

4,83

13,8

4,88

4,98

5,08

In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ist der durchschnittliche Sauerstoffgehalt (ppm) in Abhängigkeit von der Lage zwischen dem Rad und den Bandseiten für den gleich gegossenen Strang Nr. 45, wie in Fig. 2 gemessen, dargestellt. Der Sauerstoffgehalt lag ungefähr bei 70 ppm (0,007%) und die maximale Abweichung vom durchschnittlichen Sauerstoffgehalt über dem Strang, wie in Fig. 3 dargestellt, lag bei 5 ppm (0,0005%) und die Standardabweichung betrug 1,651 ppm. Dies stellt ebenfalls wiederum ein unerwartet günstiges Ergebnis dar, nämlich einen sehr hohen Gleichförmigkeitsgrad von Bestandteilen in der Struktur des neuen Gussstahlstranges. Des weiteren ist zu bemerken, dass die Zentrumsporosität, die gelegentlich in einem durch kontinuierliches Vergiessen hergestellten Stahlstrang auftritt (sogar in den erfindungsgemässen), zu dem gemessenen Sauerstoffgehalt beitragen kann, in der speziellen Lage im Strang. Es wird angenommen, dass eine solche Porosität keine richtige Ausscheidung für die Fachwelt darstellt und im allgemeinen während der nachfolgenden Heissbearbeitung geheilt wird.

Die verbesserten Sauerstoff-Ausscheidungseigenschaften, die erfindungsgemäss erzielbar sind, ergeben sich durch einen Vergleich der Fig. 3 mit den Fig. 4 und 5. Im Falle des in Fig. 4 dargestellten Diagramms ist der Prozentsatz des

Sauerstoffgehaltes in Abhängigkeit von der Position zwischen dem Boden und dem oberen Teil des gegossenen Stranges dargestellt, der unter Verwendung einer Hazelett Strip-Casting-Maschine mit einer im wesentlichen horizontalen Form gegossen wurde. Das Diagramm wurde der Seite 43, Fig. 6 einer Arbeit von B. C. Whitmore und J. W. Hlin-ka, «Continuous Casting of Low-Carbon Steel Slabs by the Hazelett Strip-Casting Process», Open Hearth Proceedings, 1969, entnommen. Durch Umrechnung auf ppm-Basis zeigt Fig. 4 eine maximale Abweichung von ungefähr 100 ppm (0,01 %) oder mehr und eine Standardabweichung von ungefähr 29,88 ppm. Dieses ungefähr 20° von der horizontalen Hazelett-Experimentier-Verfahren erzeugte somit einen Gussstab mit einem beträchtlichen Sauerstoff-Ausscheidungsproblem, und zwar auch dann, wenn der durchschnittliche Sauerstoffgehalt relativ gering war, d.h. bei etwa 0,004% lag. Die schlechteste Ausscheidung trat dabei nahe der oberen Oberfläche des Stranges auf, wie sich aus Fig. 4 und der Whitmore und Hlinka-Veröffentlichung ergibt.

In Fig. 5 ist der Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der Lage im Falle eines Gussstahlstranges dargestellt, der unter Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtung mit einer vertikalen Form vom kontinuierlichen Typ, einschliesslich einer gewölbten, schwingenden Form, hergestellt wurde. Die graphische Darstellung stellt einen Durchschnitt von fünf Prüflingen dar, die einem (langen) Querschnittsprofil vom Boden zum oberen Teil des Stranges entnommen wurden, der 0,46 Gew.-% Kohlenstoff, 0,94 Gew-% Mangan, 0,021 Gew.-% Phosphor, 0,016 Gew.-% Schwefel und 0,22 Gew.-% Silicium enthielt. Die maximale Abweichung, die in Fig. 5 dargestellt ist, liegt bei ungefähr 26,5 ppm und die Standardabweichung bei 10,6 ppm. Der durchschnittliche Sauerstoffgehalt liegt bei etwa 0,006%. Ein anderer Prüfling mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von etwa 0,009% zeigte eine maximale Abweichung von 29 ppm.

Ein nach dem Verfahren der Erfindung gegossener Strang weist des weiteren eine unerwartet gleichförmige Kohlenstoffverteilung auf, wie sich aus Fig. 6 ergibt, die aus einem Diagramm besteht, das das durchschnittliche Profil des Kohlenstoffgehaltes eines solchen gegossenen Stranges (Probe Nr. 48) darstellt. Dieser spezielle Strang wies ungefähr 0,185 Gew.-% Kohlenstoff, 0,59 Gew.-% Mangan, 0,01 Gew.-% Phosphor, 0,032 Gew.-% Schwefel und 0,17 Gew.-% Silicium auf. Die in dem Diagramm der Fig. 6 eingetragenen Punkte sind Durchschnittswerte von drei Messungen für eine jede Position über den gegossenen Strang zwischen Rad und Bandseiten, was auch bei den Fig. 2 und 3 der Fall war. Aus Fig. 6 ergibt sich eine maximale Kohlenstoffgehaltabweichung über den Strang von ungefähr 0,009% (90 ppm) und eine Standardabweichung von 0,00305%. Die Stahlschmelze wird vorzugsweise aus einem chemischen System erzeugt, das Kohlenstoff als einen Bestandteil in einer Konzentration von ungefähr 0,04Gew.-% bis l,4Gew.-% enthält. Die maximale Abweichung im Falle von Prüflingen in diesem Bereich bei einer Freiheitsgradzahl (variance) im Falle erfindungsgemäss hergestellter Prüflinge wird als proportional erwartet.

Es wurde gefunden, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erreicht werden, wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahles zwischen etwa 0,06 Gew.-% und 0,80 Gew.-% liegt.

Es wurden weitere Messungen durchgeführt, um die Zugfestigkeit des neuen gegossenen Stahlstranges der Erfindung zu bestimmen und um ihn mit der Zugfestigkeit eines Stahlstabes zu vergleichen, der nach einem üblichen Giessverfah-ren des Standes der Technik erhalten wurde, und zwar unter Verwendung einer in der Praxis üblichen kontinuierlich arbeitenden Giessmaschine mit einer schwingenden oder oszil8

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lierenden bogenförmigen Form, wobei Stahlstränge aus der gleichen Stahlschmelze gegossen wurden. Die Messungen erfolgten mit einer Beanspruchungs- oder Belastungsgeschwindigkeit von 0,001/Sekunde unter Verwendung eines 2t,54-cm-Extensometers.

Aus Fig. 7 ergibt sich die Zugfestigkeit eines Prüflings eines nach dem Verfahren der Erfindung gegossenen Stranges von ungefähr 7522 bis 7733 kg/cm2, im Vergleich zu der Festigkeit eines Stranges gegossen nach dem Stande der Technik von ungefähr 6541 bis 6611 kg/cm2. Die Zusammensetzung des Stahles im Falle dieser Schmelze betrug 0,45 Gew.-%

Kohlenstoff, 0,97 Gew.-% Mangan, 0,019 Gew.-% Phosphor, 0,017 Gew.-% Schwefel und 0,21 Gew.-% Silicium.

Es wird angenommen, dass ein Anstieg von ungefähr 10 bis 15% oder noch mehr Festigkeit im Falle der erfindungsgemäss hergestellten Stränge in Übereinstimmung steht mit der ungewöhnlich gleichförmigen Verteilung der Bestandteile oder Komponenten und Verunreinigungen, die in dem erfindungsgemässen neuen Produkt festzustellen ist. Im Falle dieser Versuche wurde des weiteren festgestellt, dass die neuen gegossenen Stränge eine grössere prozentuale Dehnung und eine grössere proportionale Grenze in kg/cm2 aufwiesen als die nach dem Stande der Technik hergestellten Stränge. Verwiesen wird auf die folgenden Ergebnisse:

Testprobe Zugfestigkeit % Dehnung Proportionale

in kg/cm2

Grenze kg/cm:

1

7522

10

4501

2

7733

13

5019

3

7592

16

5040

4

6611

8

4340

5

6541

8

4046

Neuer Strang

Strang nach Stand der Technik

Aus Fig. 8 ergibt sich die Intensität der charakteristischen Mangan-X-Strahlen längs einer willkürlichen Linie von etwa 800 Mikron in der Länge innerhalb eines Prüflings eines Stahlstranges, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen wurde. Es ergibt sich, dass der Intensitätsgrad relativ konstant ist über die Linie, die mit 100% markiert ist, die einer Basiskonzentration von 0,98% Mangan entspricht und die ebenfalls einem absoluten Wert

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25

von ungefähr 11 Einheiten bei der graphischen Ablehnung des Elektronen-Mikroprobenanalysiergerätes entspricht. Es tritt lediglich eine bemerkenswerte Veränderung auf, gemessen bei etwa 173% des Basisniveaus, d.h. äquivalent einer lokalen Konzentration von etwa 1,69% Mangan.

Aus Fig. 9 ergibt sich die Mangan-X-Strahlenintensität eines Prüflings, der nach dem kontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik gegossen wurde. Zu bemerken ist, dass der Intensitätsgrad viele Spitzen aufweist, die kleinen Bezirken von ausgeschiedenem Mangan entsprechen. Hier wurde ein absoluter Wert von ungefähr 12 Einheiten auf der Streifenkarte aus der Elektronen-Mikroprobeneinheit festgestellt und für die 100%-Linie verwendet. Der durchschnittliche Wert der besonders wichtigen Spitzen beträgt etwa 320% des Basisniveaus, und die maximale Abweichung des Mangangehaltes, die beobachtet wurde, lag über 400%, wie sich aus den folgenden Werten ergibt:

Spitze

% Basis-Niveau

Nr. 1

2

3

4

5

6

396% 227% 292% 404% 262% 335%

30

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40

45

Es wurde gefunden, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erzielt werden, wenn der Mangangehalt des Stahles bei etwa 0,30 bis 1,20 Gew.-% liegt.

Die Erfindung wurde anhand von bevorzugter Ausgestaltungen näher beschrieben. Dabei ist selbstverständlich, dass Abweichungen und Modifizierungen innerhalb des Erfindungsbereiches durchgeführt werden können. Beispielsweise wurden im vorstehenden nur einige repräsentative Proben von einer unbegrenzten Anzahl von Stahlzusammensetzungen angegeben, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen werden können. Dies bedeutet, dass nach dem Verfahren der Erfindung auch Stahlstränge mit anderen als den angegebenen Konzentrationen und Bestandteilen und Verunreinigungen hergestellt werden können, unter Erzielung entsprechender, proportioneil verbesserter Ergebnisse.

s

4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

1. 645 046

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum kontinuierlichen Giessen von Stahl, mit folgenden Verfahrensstufen:

   a) Vergiessen von aufgeschmolzenem Stahl in eine sich fortbewegende geschlossene Form» die mittels mindestens eines sich bewegenden Bandes, das die Form über einen Teil ihrer Länge abdichtet, gebildet wird,

   b) Abkühlen der Form, wodurch der aufgeschmolzene Stahl an den Formwänden unter Erzeugung einer Haut von festem Stahl rund um einen aufgeschmolzenen Kern zu erstarren beginnt,

   c) Abziehen des mindestens teilweise erstarrten Stranges vom Austritt zum geschlossenen Teil der Form und d) Abkühlen des Stranges durch Auftreffen der von Düsen zugeführten Kühlflüssigkeit,

   dadurch gekennzeichnet, dass eine endlose sich bewegende Umfangsform eines Giessrades zum kontinuierlichen Vergiessen des Stranges verwendet wird, dass der Strang während der Erstarrung über einen Bogen von wensentlich mehr als 90° gebogen wird, wodurch die Bildung von Konzentrationen von ausgeschiedenen Bestandteilen und Verunreinigungen herabgesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe a) die Verwendung einer geschlossenen Form einschliesst, die gebildet wird durch eine periphere Aussparung in dem rotierenden Giessrad und das Band, das die Aussparung über einem Teil ihrer Länge abdichtet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Giessrades zum Verändern der Bewegungsrichtung des geschmolzenen Stahles in der Form und zum Steuern der Flotation und Ausscheidung von Verunreinigungen in dem Stahl geändert wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang über einen Bogen grosser als 180° gebogen wird.
5. 5. Stahlstrang, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine maximale Abweichung vom durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von weniger als 25 ppm aufweist.
6. 6. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine Standardabweichung vom durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm aufweist.
7. 7. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine Standardabweichung vom durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von weniger als 5 ppm aufweist.
8. 8. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine maximale Abweichung von weniger als 275% des durchschnittlichen Mangangehaltes aufweist.
9. 9. Stahlstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine maximale Abweichung vom durchschnittlichen Schwefelgehalt von weniger als 0,004% aufweist.
10. 10. Stahlstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine Standardabweichung vom durchschnittlichen Schwefelgehalt von weniger als 0,0015% aufweist.
11. 11. Stahlstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine maximale Abweichung vom durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 % aufweist.
12. 12. Stahlstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine Standardabweichung vom durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,004% aufweist.
13. 13. Stahlstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnittsprofil eine maximale Abweichung vom durchschnittlichen Schwefelgehalt von weniger als 40 ppm und eine maximale Abweichung vom durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von wem'ger als 100 ppm aufweist.