Strangguss von Stahl: Prozess, Technologie und Vorteile

Grundlagen des Stranggusses

Strangguss verfestigt flüssigen Stahl direkt zu Halbzeugen (Brammeln, Blöcken, Knüppeln) für das Weiterwalzen. 1865 von Sir Henry Bessemer patentiert, ab 1950er kommerziell nutzbar. 2012: ~1,475 Mrd. Tonnen weltweit. Ersetzt Blockguss, Formstreifen, Sauglocherwärmung und Vorbewalzen durch einen Vorgang – höhere Ausbeute, Qualität, Produktivität, Kosteneffizienz.

Prinzip und Prozessablauf

Flüssiger Stahl aus dem Stahlgießpfanne (1) → Drehteller → Gießpfanne (Tundish, 3) → wassergekühlte Kupferkokille (5). Erstarrung beginnt in der Kokille, setzt sich im Führungssegment (6) und Knickbogen (7) fort. Strang wird gerichtet, autogen getrennt, zwischengelagert oder warm weitergewalzt.

Gussformate

• Knüppel: ≤150 mm quadratisch
• Blöcke: 150–500 mm quadratisch/rechteckig
• Rundstrang: 125–500 mm Ø
• Trägerrohlinge (Beam Blanks): Dogbone-Form → I-Träger
• Brammeln: Dicke 150–400 mm, Breite >500–2500 mm. Aspektverhältnis (Breite/Dicke) ≥2,5:1 = Brammen
• Dünnbrammen: 50–90 mm Dicke

Near-Net-Shape-Guss: Gussform nah am Endprodukt (Träger, Flachprodukte). Prozesskette Flüssigstahl → Fertigwalzen in <2 Stunden.

Anlagenauslegung – Entscheidende Faktoren

• Endprodukt → Qualität, Güte, Format
• Jahrestonnage
• Stahlverfügbarkeit und Chargengewicht
• Geplante Betriebsstunden

Daraus: Strangzahl, Gießgeschwindigkeit (abgestimmt auf Stahlzulauf), Maschinenlänge, Bauhöhe, Kokillenform (gekrümmt/gerade), Kühlung (Wasser/Luftnebel), elektromagnetisches Rühren.

Stahlverteilung: Pfanne → Tundish → Kokille

Zwei Stufen: (1) Pfanne → Tundish, (2) Tundish → Kokille. Regelung durch Düsenelemente: Schieberschieber, Stopfen, Dosierdüsen (gesteuert über Tundish-Stand).

Hauptsektionen der Stranggießanlage

• Tundish: Verteilung, Oxideinschluss-Abtrennung, Puffer bei Pfannenwechsel, konstanter Stahlspiegel → konstante Gießgeschwindigkeit, stabile Strahlbilder.
• Kokille: Primärkühlzone. Offener Kasten mit hochreinem Kupferlegierungs-Innenleben (oft Cr-/Ni-beschichtet gegen Kupferaufschweißung und Rissbildung). Wärmeübergang: Schale → Kupfer → Kühlwasser. Mathematische/thermische Modellierung essenziell.
• Kokillenoszillation: Verhindert Reibung/Anhaften, Schalenrisse, Ausbrüche. Hydraulisch oder Nockengetriebe. „Negative Strip“: Abwärtshub schneller als Strangabzug → Druckspannungen schließen Oberflächenporen.
• Sekundärkühlung: Mehrere Zonen mit Wasser/Luftnebel. Wärmeübergang: Strahlung (oben), Konduktion (Walzenkontakt), Konvektion (Verdunstung). Funktionen: Erstarrungssteuerung, Strangtemperaturregelung, Gerüstkühlung.
• Schalenwachstum: Berechenbar nach Fick’schem Gesetz → Erstarrungslänge (kein flüssiger Kern mehr).
• Strangführung/-einhausung: Haltewalzen an allen vier Seiten (oben), später nur Breitseiten. Kleine Walzen, enger Abstand oben (dünne, schwache Schale, hoher Ferrostatdruck). Vermeidung von Wulstbildung und Flüssigkern-Dehnung.
• Richten/Entkrümmen: Mehrpunkt-Richten mitprogressiv größeren Radien – minimiert Zugspannungen an der Außenseite, verhindert Risse.

Gießprozess im Detail

Start: Dummy Bar (Stahlstab) verschließt Kokillenboden hydraulisch. Teilweise erstarrter Strang (Schale 10–20 mm) wird mit Dummy Bar abgezogen. Stahl nachfließt mit gleicher Rate. Abzugsgeschwindigkeit: 300–7.500 mm/min (Querschnitt, Güte, Qualität). Gießzeit: 45–90 min/Charge (Pfannenwärmeverlust).

Nach Kokille: Rollenführung + Sekundärkühlung (Wasser/Luftnebel). Nach Vollerstarrung und Richten: Dummy Bar abkuppeln, entfernen. Strang → Trennschere/Brenner → Halbzeuge (Brammeln, Blöcke, Knüppel, Rund, Beam Blanks).