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Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Stahl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei dem flüssiger Stahl in ein Giessgefäss gegossen wird und durch mindestens eine Öffnung im Boden des Giessgefässes in eine oder mehrere Kokillen ausfliesst, wobei vor dem Eingiessen des Stahles in das Giessgefäss ein durch die Öffnung nach unten entfernbarer Verschlusskörper in das Giessgefäss eingebracht, bei Giessbeginn durch den Verschlusskörper das Ausfliessen des Stahles eine Zeit lang verhindert und während dieser Zeit eine die Abscheidung von Verunreinigungen ermöglichende Stahlhöhe im Giessgefäss gebildet wird, wobei der Verschlusskörper während dieser Zeit seinen festen Aggregatzustand im wesentlichen beibehält, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Strängen wird der flüssige Stahl in eine Pfanne und von dort in ein Giessgefäss, beispielsweise in einen Zwischenbehälter gegossen. Durch eine bzw. mehrere öffnungen im Zwischenbehälter fliesst dieser Stahl hierauf in eine, bzw. bei Mehrstranganlagen, in eine Anzahl von Kokillen.
Zu Beginn des Eingiessens von Stahl in den Zwischenbehälter fliessen mit dem Stahl Verunreinigungen mit, vorwiegend Schlackenteilchen, die entweder die Ausgussdüse verstopfen oder durch die Ausgussdüse in die Kokille gelangen und zu einer Verschlechterung des Gussproduktes führen.
Zur Verhinderung des letzteren Übelstandes wird meistens zwischen dem Zwischenbehälter und der Kokille eine Rinne angeordnet, welche den beim Angiessen zuerst eingeflossenen, mit Schlackenteilchen vermischten Stahl in einen oder mehrere Behälter ausserhalb der Kokille leiten, wodurch die Verunreinigungen nicht in die Kokille gelangen, jedoch ein beträchtlicher Metallverlust entsteht. Erst bei gut ausgebildetem Giessstrahl, wozu auch eine genügend grosse Füllhöhe im Zwischenbehälter nötig ist, wird die Rinne ausgeschwenkt, so dass sauberer Stahl in nicht flatterndem Giessstrahl in die Kokille fliesst.
Um die Nachteile des stopfenbetätigten Ausgusses im Zwischenbehälter zu vermeiden, ist bekannt, dass vor Giessbeginn in die Öffnung des Zwischenbehälters ein von oben nicht mehr betätigbarer Verschlusskörper eingebracht wird. Die Öffnung ist üblicherweise durch eine Ausgussdüse gebildet, die in das feuerfeste Mauerwerk im Boden des Zwischengefässes eingesetzt wird. Der in dieser Öffnung eingebrachte Verschlusskörper besitzt eine ihr angepasste Form und besteht aus einem vom Stahl leicht aufschmelzbaren Material, beispielsweise Blei. Der Stahl wird von einer Pfanne in das mit dem Verschlusskörper versehene Zwischengefäss gegossen, wobei das Ausfliessen des Stahles in eine Kokille durch den Verschlusskörper eine Zeit lang verhindert wird.
Mit zunehmender Eingiessdauer steigt die Metallhöhe im Zwischenbehälter und die mit dem Stahl eingegossenen, spezifisch leichteren Schlackenteilchen und Verunreinigungen können sich durch das Metall nach oben abscheiden. Infolge des Wärmeinhaltes der relativ grossen, sich im Zwischenbehälter befindlichen Stahlmenge wird auch die an der Zwischenbehälterwandung bei Beginn des Eingiessens vorhandene erstarrte Stahl-Schlackenmischung wieder aufgeschmolzen und die Schlackenteilchen können infolgedessen nach oben aufsteigen.
Während des Ansteigens der Stahlhöhe wird der Aggregatzustand des Verschlusskörpers durch die Wärme des Stahles von fest auf flüssig verändert. Sobald der Metallspiegel die gewünschte Höhe erreicht hat, d. h. das Aufschmelzen des Verschlusskörpers die vorbestimmte Zeit gedauert hat, wird der
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Verschlusskörper flüssig und gibt die Öffnung für den Stahldurchfluss selbsttätig frei.
In der Praxis ist aber dieses Verfahren mit Nachteilen behaftet. Bekanntlich muss der Zwischenbehälter vorgewärmt werden. Trotzdem der Verschlusskörper kurz vor Giessbeginn in die Giessöffnung eingeführt wird, ist die Aufschmelzzeit von der von Guss zu Guss unterschiedlichen Vorwärmetemperatur abhängig und bewirkt damit unterschiedliche Metallspiegelhöhen. Aber nicht nur unterschiedliche Vorwärmetemperaturen sind unangenehm, sondern auch zu tiefe, weil, speziell bei kleinen Ausgussdüsen, die Gefahr des Zufrierens derselben besteht. Beim betriebsbedingt länger dauernden öffnen des Pfannenstopfens und bei Störungen der Metallzufuhr in den Zwischenbehälter (Festsitzen des Stopfens in der Pfanne usw. ) kann das Verschlussmaterial vor dem Eingiessen des Stahles aus der Ausgussöffnung ausfliessen.
Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist die Anwendung eines Dichtkörpers zum aufschmelzbaren Verschlusskörper bekannt. Aber auch diese Lösung kann nicht voll befriedigen, weil das Ausfliessen des Stahles nicht selbsttätig erfolgt, da das Abdichten und Entfernen des nicht schmelzbaren Verschlussteiles oft Schwierigkeiten bereitet. Beim Entfernen des letzteren bei in den Badspiegel der Kokille eingetauchten Ausgüssen entstehen grosse Schwierigkeiten, weil die Zugänglichkeit zum Dichtkörper beschränkt ist. Im weiteren ist bei Mehrstranganlagen aber ein selbsttätig funktionierender Ausgussvorgang besonders wichtig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der obigen Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine verbesserte Angiesstechnik zu schaffen, bei der ein selbsttätiger Ablauf des Angiessvorganges bei einer Vorwärmung der Zwischenbehälter auf eine das Zufrieren der Ausgussdüsen vermeidende Temperatur erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Verschlusskörper zur Verminderung seiner Festigkeit durch Wärmeeinwirkung des eingegossenen Stahles thermisch belastet wird und dass die Verschlusswirkung durch mechanische Zerstörung des Verschlusskörpers durch den, während dieser Zeit aufzubauenden, seine Bruchfestigkeit überschreitenden ferrostatischen Druck aufgehoben wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenförmiger Verschlusskörper dem engsten Durchflussquerschnitt der Ausgussöffnung einer im Boden des Giessgefässes eingesetzten Ausgussdüse vorgeordnet ist.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung, aus der weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes hervorgehen, an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Anordnung einer Pfanne eines teilweise geschnittenen Zwischenbehälters mit eingebrachtem Verschlusskörper und einer nachgeordneten Kokille, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform mit einem eingetauchten Ausguss und Fig. 3 den Verlauf von Kurven der Temperatur des Verschlusskörpers und des ferrostatischen, auf den Verschlusskörper wirkenden Druck in Funktion der Zeit während des Eingiessens des Stahles in den Zwischenbehälter.
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dem Stahl eingegossenen, spezifisch leichteren Schlackenteilchen und Verunreinigungen können während der Zeit der steigenden Metallhöhe sich durch den Stahl nach oben abscheiden.
Infolge des Wärmeinhaltes der relativ grossen, sich im Zwischengefäss befindenden Stahlmenge, wird auch die an der Zwischengefässwandung bei Beginn des Eingiessens vorhandene und infolge der raschen Abkühlung erstarrte Stahl-Schlackenmischung, auch Rückstände des vorangehenden Gusses, wieder aufgeschmolzen bzw. gelöst und die Schlackenteilchen werden infolgedessen nach oben aufsteigen. Auch bewirkt der entstandene ferrostatische Druck einen kompakten Giessstrahl und verhindert das beim Angiessen ohne diesen Druck bekannte Flattern des Strahles.
Gemäss Fig. 2 ist der Ausgussdüse ein Giessrohr--13--nachgeordnet. Der vom Zwischenbehälter in die Kokille --9-- fliessende Stahl tritt unterhalb des Badspiegels-14-- in der Kokille--9- aus dem Giessrohr--13--aus. Vor dem Giessbeginn wird der Verschlusskörper--l--auf die
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Ausgussdüse eingebracht, um die erwähnten Wirkungen bezüglich der Abscheidung von Verunreinigungen zu erreichen.
Um mit der notwendigen Sicherheit den Zeitpunkt des Beginns des Ausfliessens des Stahles aus dem Zwischenbehälter in die Kokille herbeiführen zu können, wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, der Verschlusskörper einerseits durch den ferrostatischen Druck p und anderseits thermisch belastet. Diese thermische Belastung wird erreicht, indem der Verschlusskörper durch die Wärmeeinwirkung des in den Zwischenbehälter einfliessenden Stahles eine die Festigkeit des Verschlusskörpers reduzierende Temperatur T annimmt. Im in Fig. 3 gezeigten Beispiel steigt die mittlere Temperatur T des
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h.t'bis t"von T'-20 C auf T"-1300 C.
Durch diese thermische Belastung wird die Festigkeit des Verschlusskörpers soweit herabgesetzt, dass der nach dem Ablauf des gewünschten Zeitabschnittes für den Einfüllvorgang vorhandene ferrostatische Druck wirksam wird und die Verschlusswirkung des Verschlusskörpers--l--beseitigt, so dass sauberer Stahl in einem einwandfreien Giessstrahl in die Kokille fliesst.
Im gezeigten Beispiel steigt der ferrostatische Druck während dieser Zeit gieichmässig von
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vorgelagerten Stahles wird demzufolge vollumfänglich für die Aufheizung des Verschlusskörpers benutzt. Gewisse Asbestarten haben einen etwas tieferen Schmelzpunkt als Stahl. Es kann deshalb vorkommen, dass ein sehr geringer, für den Ablauf des Angiessvorganges aber nicht wesentlicher Teil des Asbests aufgeschmolzen wird. An Stelle des Asbest-Verschlusskörpers kann eine Platte aus feuerfestem Material, wie beispielsweise das jenige der Ausgussdüse, von 80 mm Aussendurchmesser und einer Dicke von 0, 9 mm verwendet werden.
Gemäss einem andern Anwendungsbeispiel des Erfindungsgedankens soll beim Eingiessen des Stahles in den Zwischenbehälter der Verschlusskörper-l-erst nach einer gewissen Zeit nach Beginn des Eingiessens einer thermischen Belastung ausgesetzt werden. Für dieses Beispiel bleibt, wie in Fig. 3 dargestellt, die mittlere Temperatur Tl des Verschlusskörpers während des Zeitabschnittes t'- tel annähernd konstant, während sie im Zeitabschnitt ti-t'"auf den Wert T" ansteigt. Der Druck ist zu diesem Zeitpunkt p"'. Eine solche Belastung kann erreicht werden, indem vor dem Eingiessen ein die thermische Belastung des Verschlusskörpers verzögerndes Material, beispielsweise Sand, gegebenenfalls in einer gleichmässigen Schicht von beispielsweise 6 bis 8 mm, eingeschüttet wird.
Dadurch wird mit grösstmöglicher Sicherheit vermieden, dass der Verschlusskörper vorzeitig ausgelöst wird und verunreinigter Stahl in die Kokille gelangt.
Die Erfindung erschöpft sich nicht in den oben angeführten Beispielen ; so können auch Verschlusskörper aus andern Materialien angewendet werden, bei denen eine mechanische Zerstörung infolge des ferrostatischen Drucks in Verbindung mit der thermischen Belastung gewährleistet wird.
Beim Vergiessen von Brammen wird der Stahl durch mehrere Ausgüsse, beispielsweise in den Stahlspiegel der Kokille eintauchende Giessrohre, wovon das mittlere mit einer Stopfensteuerung zusammenwirkt, in die Kokille gegossen. In diesem Fall werden vorteilhafterweise die beiden äusseren Ausgüsse vor dem Angiessen mit einer Asbestplatte verschlossen.
Obwohl durch die Erfindung eine praktisch absolut selbsttätige Einleitung des Abflusses des Stahles aus dem Zwischenbehälter erreicht wird, kann es vorkommen, z. B. wenn der Stahl zu kalt ist, dass keine selbsttätige mechanische Zerstörung des Verschlusskörpers stattfindet. In diesen wenigen Fällen kann durch Einführen eines eine Spitze aufweisenden Gegenstandes, beispielsweise einer abgekröpften Metallstange, der Stahlausfluss eingeleitet werden.
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