Im kontinuierlichen Gießprozess wird der Temperaturverlauf des Strangs durch eine schnelle Oberflächenabschreckung kontrolliert. Nach dem Gießen wird der Strang einer intensiven Oberflächenkühlung unterzogen, während das Innere des Strangs eine hohe Temperatur beibehält. Diese Methode, bei der die hohe Temperatur des Strangkerns genutzt wird, um eine erneute Erwärmung zu erzielen, führt zu einer feinkörnigen Struktur mit hoher Duktilität an der Oberfläche des Strangs. Diese feine Struktur hilft, Oberflächenrisse, die bei der Beheizung des heißen Strangs im Heizofen entstehen könnten, zu vermeiden. Trotz der Tatsache, dass die Oberflächentemperatur des Strangs durch die Oberflächenabschreckung sinkt, wird die meiste Wärme im Inneren des Strangs erhalten, was sich positiv auf die Energieeinsparung und die Reduzierung des Energieverbrauchs auswirkt. Diese Methode bietet eine effiziente und energieeinsparende Lösung im Vergleich zu anderen Verfahren wie dem Zusatz von Legierungen, dem verzögerten heißen Laden des Strangs oder dem heißen Laden des Strangs bei hoher Temperatur. Aufgrund ihrer Effizienz und Energieeinsparung hat diese Technologie ein breites Anwendungspotential in der Stahlindustrie.

Durch die Oberflächenabschreckung wird eine kontrollierte Mikrostruktur erzeugt, die nicht nur die Rissbildung verhindert, sondern auch die Festigkeit und Zähigkeit des Materials verbessert. Die Bildung von Rissen bei heißen Ladevorgängen im Heizofen stellt ein ernstes Problem dar, da solche Risse die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können. Der Einsatz der Oberflächenabschreckung reduziert dieses Risiko erheblich, indem sie die thermischen Spannungen an der Oberfläche minimiert und gleichzeitig die gewünschten mechanischen Eigenschaften fördert. Die Fähigkeit, die Temperatur im Inneren des Strangs zu erhalten, ermöglicht es zudem, den Energieverbrauch erheblich zu reduzieren, da weniger Energie für die Aufheizung des gesamten Strangs benötigt wird.

Die Vorteile dieser Technologie, insbesondere in Bezug auf die Energieeinsparung, machen sie zu einer attraktiven Alternative zu älteren Methoden, bei denen beispielsweise zusätzliche Legierungen verwendet werden, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen. Der Prozess des heißen Ladens und die damit verbundenen Temperaturprobleme, die häufig zu Oberflächenfehlern führen, können durch den Einsatz der Oberflächenabschreckung deutlich verbessert werden. Diese Methode hat sich als effektiver herausgestellt, insbesondere wenn man die Energieeffizienz berücksichtigt, was sie zu einer bevorzugten Wahl für moderne Stahlhersteller macht, die nach Wegen suchen, die Produktionskosten zu senken und gleichzeitig die Produktqualität zu erhöhen.

Neben den offensichtlichen Vorteilen in der Produktionsweise gibt es weitere Aspekte, die bei der Anwendung dieser Technologie berücksichtigt werden müssen. Die Temperaturkontrolle im gesamten Strang ist entscheidend, um eine gleichmäßige Mikrostruktur zu gewährleisten, die den mechanischen Anforderungen entspricht. Die Geschwindigkeit der Oberflächenabschreckung muss genau gesteuert werden, um eine zu schnelle Abkühlung zu vermeiden, die zu ungewollten Spannungen und möglicherweise zu Rissen führen könnte. Dies erfordert ein hohes Maß an Präzision bei der Steuerung der Kühlrate, was nur durch den Einsatz fortschrittlicher Kühlsysteme und Sensoren möglich ist.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Materialwahl für die Stahlproduktion. Die spezifischen Eigenschaften der verwendeten Stahlsorten können das Verhalten bei der Oberflächenabschreckung erheblich beeinflussen. Mikrolegerungen, wie beispielsweise Niobium- oder Titanlegierungen, können die positiven Effekte der Oberflächenabschreckung weiter verstärken, indem sie die Festigkeit und Zähigkeit des Stahls erhöhen. Die Wahl der richtigen Legierung kann daher entscheidend dafür sein, wie gut der Strang seine Form behält und welche mechanischen Eigenschaften er im Endprodukt aufweist. Es ist auch von Bedeutung, dass die verschiedenen Elemente in der Legierung nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondern auch die Reaktion des Materials auf die Kühlung beeinflussen.

Ein weiterer Punkt, den es zu berücksichtigen gilt, ist die Notwendigkeit, den gesamten Produktionsprozess zu optimieren. Obwohl die Oberflächenabschreckung eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Materialeigenschaften spielt, ist sie nur ein Teil des gesamten Produktionsprozesses. Die Kombination dieser Methode mit anderen innovativen Technologien, wie beispielsweise der kontinuierlichen Gieß- und Walztechnologie oder der dünnwandigen Walztechnologie, kann zu noch besseren Ergebnissen führen. Die Integration dieser Technologien sorgt dafür, dass der gesamte Produktionsprozess effizient und ressourcenschonend bleibt.

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Kontrolle der Kohlenitrid-Präzipitation an den Ecken von Dünnblech-Stahlbändern bei der kontinuierlichen Gießproduktion

Die kontinuierliche Gießproduktion von Dünnblechstahl erfordert eine präzise Kontrolle der Temperaturverteilung während des Abkühlprozesses, insbesondere an den Ecken der Stahlbänder. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die schnelle Abkühlung der Ecken des Stahlbandes zu gewährleisten, da diese Bereiche anfällig für Risse und strukturelle Schwächen sind. In diesem Kontext wurde eine neue Sprühstruktur entwickelt, die eine starke Kühlung mit großem Wasserfluss an den inneren und äußeren Bögen der Dünnblechecke ermöglicht. Die Sprühdüsen wurden so modifiziert, dass drei Sätze von Düsen die Innenseite und drei Sätze die Außenseite des Bogens abdecken, was zu einer forcierteren Kühlung der Ecken führt.

Im Rahmen der Umsetzung dieser neuen Kühltechnik wird die Wassermenge in der Zone des engen Fußrollers (narrow face foot roller) erhöht, was die Temperatur des breiten Blechbereichs an der Eingangszone des Rasters um etwa 30 °C senkt, verglichen mit dem traditionellen Abkühlprozess. Diese Änderung sorgt dafür, dass die Temperatur an den breiten Ecken des Stahlbandes gleichmäßiger und kontrollierter bleibt. Während das Band die verschiedenen Segmente des Kühlprozesses durchläuft, verändert sich die Temperatur an den verschiedenen Zonen. Besonders auffällig ist, dass der Temperaturunterschied zwischen der Breite und der Höhe des Bandes sowohl in der schnellen Kühlzone als auch in den Übergangsbereichen konstant bleibt.

Das zentrale Ziel der schnellen Kühlung besteht darin, die Kristallisation und die Bildung von Mikrokristallen im Material zu optimieren. Die Temperaturschwankungen im Bereich der schmalen Blechflächen führen zu einer optimalen Verteilung der Mikrolegierungen wie Nb, Al und B, die für die Festigkeit und Duktilität des Bandes entscheidend sind. Besonders bei den Ecken, wo die Temperaturen auf bis zu 727 °C sinken können, tritt die maximale Kühlrate von mehr als 15 °C/s auf. Dies begünstigt die Bildung von Kohlenitriden und verbessert die Gesamtdurchlässigkeit des Materials, indem die Sprödigkeit in diesem Bereich reduziert wird.

Die Kontrolle der Temperatur und der Kühlraten in verschiedenen Bereichen des Stahlbandes hat einen direkten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts. So ist es beispielsweise in der Flüssigkeitskernreduktionszone von Bedeutung, dass die Temperatur an den Ecken des Bandes konstant bleibt, um die Bildung von Rissen zu verhindern. Bei der neuen Kühltechnologie liegt die Temperatur an der Ecke des Stahlbandes in der Flüssigkeitskernreduktionszone zwischen 727 °C und 810 °C, was signifikant niedriger ist als im traditionellen Prozess, wo die Temperatur in diesem Bereich etwa bei 930 °C bis 852 °C liegt. Diese Senkung der Temperatur führt zu einer stabileren Kristallisation an den Ecken und verhindert, dass Risse und Mikrorisse entstehen.

Zusätzlich zur Verbesserung der Kühlrate und Temperaturkontrolle sollte berücksichtigt werden, dass diese Änderungen nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondern auch die Effizienz des gesamten Gießprozesses verbessern. Die schnellere Abkühlung ermöglicht eine höhere Produktionsrate und damit eine gesteigerte Produktivität. Dennoch ist es wichtig, auch die Auswirkungen auf die gesamte Prozesskette zu beobachten, insbesondere in Bezug auf die Qualität der Mikrohärte und die Möglichkeit, gezielt spezifische Legierungsphasen zu erzielen, die für die verschiedenen Anwendungen des Dünnblechstahls erforderlich sind.

Neben der Temperaturkontrolle spielt auch die präzise Anpassung der Wasserverteilung in den verschiedenen Kühlzonen eine wesentliche Rolle. Während der Kühlung im breiten Fußrollerbereich wurde die Wassermenge so reguliert, dass die Zone eine schnellere Erwärmung durch den Übergang zur nächsten Kühlsektion erfährt. Diese Temperaturkurven sind entscheidend für die gesamte Festigkeit und Zähigkeit des Materials, da sie die Präzipitation der Mikrolegierungen auf der Oberflächenstruktur beeinflussen.

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