AT396758B - Verfahren zum stranggiessen - Google Patents

Description

AT396758B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen, bei dem der aus einem Ofen entnommene Stahl mittels einer Gießpfanne in der Stranggießstation in wenigstens einen Zwischenbehälter gegossen wird, aus welchem der flüssige Stahl über eine in die Stranggießkokille eingetauchte Düse in die Kokille gelangt, wobei der in der Gießpfanne und/oder im Zwischenbehälter enthaltene flüssige Stahl vor dem Eintritt in die 5 Stranggießkokille mittels Strahlung elektrisch erwärmt wird.

Das Stranggießen von Stahl ist ein wohlbekanntes und in großem Umfang angewendetes Verfahren. Die neuesten technologischen und wirtschaftlichen Bestrebungen, größere Gießgeschwindigkeiten und eine bessere Qualität des Strangguß-Halbzeuges (z. B. geringere Seigerung und eine kleinere Anzahl von oberflächlichen und inneren Fehlem, wie Risse, axiale Porigkeit usw. sowie Erstarrungsstrukturen) zu erzielen, haben bisher 10 nicht zu einem befriedigenden Erfolg geführt.

Die Lösung dieser Probleme ist jedoch von großer Bedeutung, nicht nur wegen der erwünschten Qualitätssteigerung, sondern auch wegen der weiteren technologischen Entwicklungen, die nachfolgen könnten. Beispielsweise wären die Möglichkeit der Ausweitung des Direktwalzens von Strangguß-Halbzeug, das gegenwärtig nur von wenigen Stahlerzeugem angewendet wird, oder sogar die Möglichkeit des Stranggießens 15 von dünnen Erzeugnissen (d. h. von solchen mit wenigen cm Dicke), die direkt zu Streifen heißgewalzt werden können, wirklich radikale Neuerungen, die der Stahlindustrie erhebliche wirtschaftliche Vorteile brächten, welche dazu beitragen könnten, die gegenwärtige kritische Situation zu überwinden. Sehr allgemein ausgedrückt, ist es vernünftig, anzunehmen, daß die meisten Qualitätsprobleme, welche Strangguß-Halbzeug beeinflussen, Schwankungen oder Änderungen von Arbeitsbedingungen beim Stranggießen zugeschrieben 20 werden können. Zwei der Arbeitsbedingungen, die allgemein als die wichtigsten eingeschätzt werden, sind die Temperatur und die Durchflußgeschwindigkeit des flüssigen Stahles beim Erreichen der Kokille der Stranggießmaschine. Es wird für wesentlich gehalten, daß diese beiden Parameter so konstant wie möglich sind.

Was jedoch die Temperatur anbelangt, ist es offensichtlich, daß der Stahl bei ein»: Temperatur gegossen werden muß, die höher ist als jene des Liquidus. Diese Temperaturdifferenz, die als Überhitzung bekannt ist, 25 muß groß genug sein, um einen planmäßigen Ablauf des Stranggießens zu gewährleisten, doch muß sie zugleich aus zwei Gründen so klein wie möglich sein. Der erste Grund ist der, daß die Kosten einer Temperaturerhöhung im elektrischen Ofen wegen des relativ geringen Wirkungsgrades dieser Einheit, nämlich von etwa 30 %, hoch sind. Der zweite Grund ist der, daß die Erstarrung des Stahles in der Kokille einen merklichen Einfluß auf die Qualität des erhaltenen Halbzeuges hat, wobei die Erstarrung ihrerseits von der Überhitzung beeinflußt wird, 30 die als der maßgebliche, die Endstruktur steuernde Parameter angesehen wird. Es wurde insbesondere festgestellt, daß eine Überhitzung von weniger als 10 % die Situation bezüglich der Seigerung stark verbessert

Ein anderer wichtiger Parameter ist die Gleichmäßigkeit der Temperatur des gegossenen Stahles. Es wurde gefunden, daß.Schwankungen der Temperatur während des Stranggießens eine ungleichmäßige Erstarrung verursachen, die ihrerseits zur Ausbildung von oberflächlichen Längsrissen und Poren sowie von zentralen 35 Rissen führt Überdies verursachen beim Stranggießen mit hoher Geschwindigkeit eine übermäßige Überhitzung und allfällige Temperaturschwankungen eine unzureichende Ausbildung einer festen Gußhaut so daß, insbesondere an den Kanten, Rißgefahr oder sogar Durchbruchsgefahr besteht

Nach diesem kurzen Rückblick ist erkennbar, daß das Stranggießen bei einer bekannten Überhitzung vorgenommen werden muß, die konstant und so niedrig wie möglich ist Unter diesen Umständen besteht 40 jedoch die Gefahr, daß der Stahl bereits erstarrt, bevor er gegossen wird, insbesondere in Zonen, in welchen die Wärmeableitung am größten ist wie etwa in der Ausgußdüse. Diese Gefahr ist natürlich umso grüß»*, je kleiner die Überhitzung ist

Die bisher für dieses Problem vorgeschlagenen Lösungen sind aus verschiedenen Gründen nicht voll befriedigend. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, den Stahl in der Gießpfanne oder im Zwischenbehält» 45 durch Lichtbogen-Elektroden oder durch in die Wände dieser Behält» eingebettete Heizwiderstände heiß zu halten. In der DEOS 1 800 388 wurde ferner vorgeschlagen, unterhalb des Deckels des Zwischenbehälters elektrische Heizstäbe anzuordnen, welche über ihre Strahlungswirkung das Schmelzgut heiß halten. Abgesehen von dem niedrigen thermischen Wirkungsgrad dieser Systeme, der zu überhöhten Betriebskosten führt, verbleibt hiebei jedoch das Problem der Erstarrung des Stahles in der Düse, die immer möglich ist, zumindest 50 bei Beginn des Gießens, wenn die Überhitzung auf einem niedrigen Wert gehalten wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Schwierigkeiten durch ein einfaches und wirksames Verfahren zu überwinden, welches es ermöglicht, den Stahl vom Ofen mit einer signifikant niedrigen Temperatur zu entnehmen, diesen Stahl bei vorgegebener minimal» Überhitzung zu gießen, dabei aber eine teilweise oder vollständige Blockierung der Düse durch erstarrten Stahl zu verhindern und gegebenenfalls die Bildung von 55 nichtmetallischen Einschlüssen im Düsenbereich zu verzögern.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erreicht, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß der flüssige Stahl an der Erwärmungsstelle zusätzlich einer Konvektion ausgesetzt wird und daß von d» Erwärmungsstelle zu einer stromabwärts angeordneten Rückführungsstelle durch den flüssigen Stahl ein elektrischer Strom geleitet wird. Die Rückführungsstelle kann beispielsweise die Düse oder 60 Teile der Stranggießmaschine sein, die stromabwärts von der Kokille liegen, oder sogar das erstarrte Halbzeug selbst. Diese alternativen Lösungen bleiben im Rahmen der Erfindung, weil gemäß den vorstehenden Ausführungen das Merkmal, daß ein Strom angemessener Stärke durch den über die Düse vom Zwischenbehält» -2-

AT396758B in die Kokille gelangenden Stahl fließt, für die Erfindung von besonderer Bedeutung ist. Bevorzugt erfolgt die Rückführung des elektrischen Stromes aber über die Stranggießkokille.

Die elektrische Heizeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Plasma-Lichtbogenbrenner, u. zw. wegen seines hohen thermischen Wirkungsgrades und seiner zahlreichen Steuerungsmöglichkeiten.

Schließlich ist es gemäß der Erfindung auch möglich, daß der durch die Düse zwischen dem Zwischenbehälter und der Stranggießkokille strömende Stahl nicht nur dem Durchgang eines Stromes, sondern auch in an sich bekannter Weise einem Magnetfeld ausgesetzt wird, das senkrecht zur Stahlströmung verläuft Dieses Magnetfeld ruft im Zusammenwirken mit dem dazu senkrechten Stromfluß Kräfte hervor, welche den Stahl in der Düse umrühren und so die Anlagerung nichtmetallischer Verunreinigungen, die zu einer Blockierung führen könnten, verhindern; durch geeignete Einregelung dieses Magnetfeldes und/oder des über die Düse fließenden Stromes ist es auch möglich, eine gewisse Steuerung der Durchflußgeschwindigkeit des Stahles durch die Düse zu bewirken. Es sei erwähnt, daß das Aufbringen eines Magnetfeldes senkrecht zur Stahlströmung an sich aus der AT-PS 189 751 bekannt ist, dort allerdings als alleinstehende Maßnahme des Erzeugens von Drehfeldem im Düsenbereich.

Die Erfindung sichert zahlreiche Vorteile, nämlich: - die Möglichkeit, den Stahl mit jener minimalen Überhitzung dem Ofen zu entnehmen, die mit den Standzeiten zwischen der Entnahme und dem Stranggießen verträglich ist, - die Möglichkeit, eine minimale, konstante Überhitzung während des Gießens aufrecht zu erhalten, - die Aufrechterhaltung dieser Überhitzung bei minimalen Betriebskosten im Hinblick auf den hohen thermischen Wirkungsgrad des PlasmarBrenners, - dank der Tatsache, daß mittels des Plasma-Lichtbogenbrenners ein starker Strom durch den flüssigen Stahl, insbesondere durch den Stahl in da Düse, geleitet wird, die Möglichkeit, den Joule-Effekt zu einer zusätzlichen Erhitzung des Stahles in der Düse auszunutzen, so daß eine Blockierung durch den Stahl, der ansonsten wegen der minimalen Überhitzung erstarren könnte, vermieden wird.

Die Steuerung der Temperatur des flüssigen Stahles vor dessen Eintritt in die Kokille und besonders in der Düse des Zwischenbehälters wird natürlich von wohlbekannten Einrichtungen bewirkt, die erfindungsgemäß auch die Betriebsparameter des Brenners - Spannung, Strom, Gasströmung und Abstand vom Stahlbad - steuern, damit der Grad der Überhitzung konstant gehalten wird.

Wie schon früher erwähnt wurde, ist die Gleichmäßigkeit der Temperatur ein weiterer wichtiger Parameter, welcher die Qualität des Halbzeuges beeinflußt. Besonders in großen Anlagen können während des Stranggießens Temperaturdifferenzen in der Gießpfanne selbst auftreten, und diese Ungleichmäßigkeit würde sich auch in der Kokille auswirken, wodurch alle auf der Erfindung basierenden Vorteile gefährdet weiden könnten. Die Verwendung eines speziellen Zwischenbehälters, welcher in der italienischen Patentanmeldung Nr. 48 151 A/84 der Anmelderin beschrieben ist, sichert eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung des flüssigen Stahles und seiner Temperatur und vermeidet daher die vorstehend erwähnte Gefahr vollständig.

In einer praktischen Versuchsreihe, bei welcher die Erfindung in einer Stranggießanlage mit einer Kapazität von 25 t/h ausgeübt wurde, war es möglich, die Überhitzung im Ofen um 40 °C herabzusetzen, den Stahl in der Gießpfanne einer Reihe von Behandlungen zu unterwerfen und im Zwischenbehälter bei einer konstanten Überhitzung von 7 - 8 °C zu halten, wobei der Joule-Effekt ausgenutzt wurde, um in der Düse nach Wäll eine zusätzliche Erhitzung im Bereich von 1 bis 10 °C zu erhalten.

Versuche haben gezeigt, daß es möglich ist, mit einer 50 t/h-Stranggießmaschine, natürlich unter Anwendung stärkerer Ströme, ähnliche Ergebnisse zu erzielen.

Wegen der begrenzten Leistung der verfügbaren Brenner war es nicht möglich, mit noch größeren Stranggießanlagen zu arbeiten. Extrapolationen der verfügbaren Daten auf eine Stranggießmaschine mit einer Kapazität von 150 t/h/Strang machen es aber glaubhaft, daß in der Düse durch den Joule-Effekt bei Strömen von 15 000 A Temperaturerhöhung von 1 - 2 °C erhalten werden kann, während die Überhitzung im Zwischenbehälter und/oder in der Gießpfanne mit einem Brenner angemessener Leistung vermindert und gesteuert werden kann.

Aus diesen vorbereiteten Versuchen folgt, daß der erfindungsgemäße Betrieb eine entscheidende Verbesserung hinsichtlich der Segregation, eine Verminderung der deutritischen Struktur um wenigstens 30 %, eine fast vollständige Beseitigung axialer Fehlstellen, wie Porigkeit und Lunker, sowie eine merkliche, etwa 50 % betragende Abnahme der Risse an der. Oberfläche und an den Kanten des erhaltenen Halbzeugs mit sich bringt. -3-

Claims (4)

1. AT396758B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Stranggießen, bei dem der aus einem Ofen entnommene Stahl mittels einer Gießpfanne in der Stranggießstation in wenigstens einen Zwischenbehälter gegossen wird, aus welchem der flüssige Stahl über eine in die Stranggießkokille eingetauchte Düse in die Kokille gelangt, wobei der in der Gießpfanne und/oder im Zwischenbehälter enthaltene flüssige Stahl vor dem Eintritt in die Stranggießkokille mittels Strahlung elektrisch erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Stahl an dieser Erwärmungsstellc zusätzlich einer Konvektion ausgesetzt wird und daß von der Erwärmungsstelle zu einer stromabwärts angeordneten Rückführungsstelle durch den flüssigen Stahl ein elektrischer Strom geleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen ein Plasma-Lichtbogenbrenner verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des elektrischen Stromes über die Stranggießkokille erfolgt
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Düse zwischen dem Zwischenbehälter und der Stranggießkokille strömende Stahl nicht nur dem Durchgang eines Stromes, sondern auch in an sich bekannter Weise einem Magnetfeld ausgesetzt wird, das senkrecht zur Stahlströmung verläuft -4-