AT411024B

AT411024B - Zwischengefäss und verfahren zur herstellung eines metallstranges hoher reinheit

Info

Publication number: AT411024B
Application number: AT0196101A
Authority: AT
Inventors: Markus Dipl Ing Dr Brummayer; Gerald Dipl Ing Eckerstorfer; Gerald Dipl Ing D Hohenbichler; Heinz Dipl Ing Hoedl; Karl Dipl Ing Dr Moerwald
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-09-25
Also published as: CN1273247C; KR20040063173A; CA2470022A1; ZA200404536B; US7108048B2; JP2005511321A; MXPA04005703A; WO2003051560A3; US20050067134A1; PL370528A1; AU2002358590A1; AU2002358590B2; ATA19612001A; CN1604828A; KR101003940B1; EP1453626B1; EP1453626A2; WO2003051560A2; RU2004121465A; DE50205885D1

Description


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   Die Erfindung betrifft ein Zwischengefäss mit einer feuerfesten Auskleidung für die Herstellung und Überleitung von Metallschmelze hoher Reinheit von einer Giesspfanne in die Kokille einer Stranggiessanlage, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges hoher Reinheit mit einer Stranggiessanlage. 



   Beim Metallstranggiessen, insbesondere beim Stranggiessen von Stahl, wird zwischen der Giesspfanne und der Stranggiesskokille üblicherweise ein Zwischengefäss eingesetzt, um Schwan- kungen in der Schmelzenzufuhr und bei der Abzugsgeschwindigkeit des Metallstranges aus der Stranggiessanlage auszugleichen. Speziell beim Sequenzgiessen ist es notwendig, eine ausrei- chend grosse Menge an Metallschmelze im Zwischengefäss vorrätig zu haben, um die Zeitspanne des Pfannenwechsels zu überbrücken. 



   Die Überleitung der Schmelze vom Zwischengefäss in die Kokille einer Stranggiessanlage erfolgt üblicherweise durch eine Abflussöffnung im Zwischengefässboden, dem ein regelbares Verschluss- organ, wie ein Schieber oder ein Stopfen, zugeordnet ist und im weiteren durch ein Tauchgiessrohr oder eine Giessdüse. Die Kokille kann von unterschiedlichster Bauart sein, beispielsweise eine oszillierende Rohr- oder Plattenkokille, eine von einer einzelnen Giesswalze oder von zwei zusam- menwirkenden Giesswalzen und Seitenplatten gebildeten Kokille oder eine von umlaufenden Bän- dern oder Raupen gebildete Kokille. 



   Bei mehrsträngigen Giessanlagen ist dieses Zwischengefäss als Verteilergefäss ausgebildet und versorgt über mehrere Schmelzenauslässe mehrere nebeneinander angeordnete Stranggiesskokil- len. Bei zweisträngigen Giessanlagen sind V-förmige Verteilergefässe bekannt. 



   Das Zwischengefäss dient üblicherweise weiters der Beruhigung der von der Giesspfanne zu- fliessenden Metallschmelze und soll während der Verweildauer der Metallschmelze im Zwischenge- fäss die Abscheidung von Schlackepartikeln und sonstigen nichtmetallischen Einschlüssen ermögli- chen. Um dies in ausreichendem Umfang sicherzustellen, wird das Fliessverhalten der Metall- schmelze häufig auch durch strömungsleitende Einbauten im Zwischengefäss gezielt beeinflusst. 



  Derartig ausgeformte trogförmig Zwischengefässe sind beispielsweise aus der EP-B 804 306 und der EP-A 376 523 bereits bekannt. 



   Betrachtet man das Strömungs- und Temperaturverhalten in einem trogförmigen Zwischenge- fäss, wie er seit Jahrzehnten bei konventionellen Stahlherstellungsverfahren und Stranggiessanla- gen angewendet wird, genauer, so wird flüssiger Stahl aus der Giesspfanne über ein Schattenrohr in ein Verteiler- oder Zwischengefäss eingebracht. Der induzierte Stahlstrahl strömt in Richtung Zwischengefässboden und trifft dort auf den flachen Boden der Zwischengefässes oder eine Einrich- tung zur Strömungsumlenkung, welche den Flüssigkeitsstrahl in Richtung Badspiegeloberfläche umlenkt und durch Dissipation kinetische Energie entzieht. Im Einlassbereich gelangt die Strömung meist wieder an die Badspiegeloberfläche, wandert entlang dieser und taucht entlang der schma- len Rückwand und entlang der Seitenwände des trogförmigen Zwischengefässes wieder ab.

   Da- durch werden je nach Gefässform im wesentlichen zwei gegendrehende Rezirkulationswalzen (Aufwärtsströmung in Längs-Mittelschnitt) induziert, welche in Richtung Auslassöffnung wandern. 



  Die Stahltemperatur sinkt durch Wärmeverlust über die Seitenwände und die Badspiegeloberfläche in Richtung zur Auslassöffnung hin ab, wobei der Temperaturverlust zwischen Zufuhr- und Aus- lassstelle vom Durchsatz abhängig ist. 



   Die möglichst effizient abzuscheidenden Fremdstoffe in der Metallschmelze stammen einer- seits aus dem Stahlerzeugungsprozess und werden bei der Überleitung der Metallschmelze aus der Giesspfanne in das Zwischengefäss gespült. Andererseits werden auch im Zwischengefäss selbst Fremdstoffe in die Metallschmelze eingetragen. Diese stammen aus dem feuerfesten Ausmaue- rungsmaterial des Zwischengefässes bzw. aus der meist verwendeten Flüssigstahl-Abdeckschlacke und werden einerseits durch mechanische Erosion infolge von Wandschubspannungen oder durch chemische Erosion infolge von Reoxidationsprozessen abgetragen und eingeschwemmt. Anderer- seits entstehen Schlackeneinschlüsse durch Resuspension wegen hoher Badspiegelgeschwindig- keiten und erhöhter Oberflächenturbulenzen. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Zwischengefäss und ein Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges vorzuschlagen, bei dem der Partikel-Neueintrag in die Metallschmelze innerhalb des Zwischengefässes minimiert und insgesamt eine möglichst hohe Abscheiderate aller in der Metallschmelze enthaltenen Einschlüsse erzielt wird und so der Kokille eine Schmelze mit möglichst hoher Reinheit zugeführt wird. 

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   Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemässen Zwischengefäss mit einer feuerfesten Aus- mauerung dadurch gelöst, dass ein ausgemauerter Innenraum des Zwischengefässes in Abhängig- keit von einer Betriebs-Badspiegelhöhe (h) die Bedingung erfüllt, dass ein dimensionsloses Ver- hältnis (K) der von der Metallschmelze benetzten ausgemauerten Oberfläche   (Aref)   zum von dieser ausgemauerten Oberfläche und der badspiegelhöhenabhängigen freien Oberfläche   (Arop)   um- 
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 (V)3 liegt. Vorzugsweise liegen diese Werte für das dimensionslose Verhältnis K zwischen 3,83 und 4,2. 



   Das dimensionslose Verhältnis K, welches einen volumetrischen Benetzungsgrad definiert, lässt erkennen, dass die Kontaktfläche zwischen Ausmauerung und Metallschmelze in Relation zur Menge der im Zwischengefäss vorrätigen Metallschmelze möglichst klein gehalten werden soll. 



  Gleichzeitig darf jedoch nicht unberücksichtigt bleiben, dass für eine maximale Partikelabscheidung eine entsprechende Abscheidefläche notwendig ist. Analysen verschiedenster Zwischengefässfor- men haben ergeben, dass optimale Partikelabscheideraten mit Gefässformen erreicht werden können, bei denen das Verhältnis K im beanspruchten Bereich liegt. Die angegebenen Bereichs- 
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 metrie eines stehenden Kreiszylinders, bei dem der Radius der kreisförmigen Grundfläche gleich der Höhe des Zylinders ist (K =   3Ò1/3#   4,39). 



   Eine hohe Partikelabscheidung stellt sich ein, wenn zusätzlich der ausgemauerte Innenraum des Zwischengefässes in Abhängigkeit von der Betriebs-Badspiegelhöhe (h) der Bedingung genügt, dass das Verhältnis (5) der freien Oberfläche   (Arop)   zur von der Metallschmelze benetzten ausge- mauerten Oberfläche (Aref) zwischen 0,45 und 1,0 liegt. Das dimensionslose Verhältnis   ,   welches die freie Oberfläche, die als Partikel-Abscheidungsfläche wirkt, in Relation setzt zur benetzten Ausmauerungsfläche, die als Partikel-Erzeugungsfläche wirkt, lässt erkennen, dass beim bevor- zugten Bereich ein Ausgleich in den gegensätzlichen Wirkungen auftritt. Eine günstige Partikelab- scheiderate stellt sich bei einem   Verhältnis  zwischen 0,5 und 0,8 ein. 



   Die oben ermittelten K- und   -Werte   berücksichtigen keine zusätzlichen Zwischengefäss- Einbauten, wie Strömungsumlenker, Wehre etc. 



   Zur Sicherung einer hohen Partikelabscheidung ist es zweckmässig, dass die Betriebs- Badspiegelhöhe zwischen 0,5 m und 1,5 m beträgt. 



   Die Anforderung an eine hohe Partikelabscheidung aus der Metallschmelze im Zwischengefäss wird beim Sequenzguss auch während der Phase des Pfannenwechsels sicher gewährleistet, wenn das Füllvolumen des Innenraumes des Zwischengefässes mindestens die 5-fache, vorzugs- weise mindestens die 7-fache Metallschmelzenmenge enthält, die im Regelbetrieb je Minute ver- gossen wird. 



   Um günstige Abscheideraten zu realisieren, beträgt das Füllvolumen des Innenraumes des Zwischengefässes mindestens 0,75m3, vorzugsweise jedoch mindestens 1,0 m3. Damit ist bei Giessraten von 60 bis 100 t Stahl/h bereits eine ausreichende Verweildauer der Schmelze im Zwi- schengefäss gewährleistet. Für höhere Giessraten sind höhere Mindestvolumina zu empfehlen. 



   Die erfindungsgemäss beanspruchten möglichen Ausformungen eines Zwischengefässes verei- nen folgende gegensätzlichen Anforderungen: eine maximale Partikelabscheidungsrate, die eine möglichst grosse Abscheidungsfläche bzw. Badspiegeloberfläche impliziert, . eine minimale mit Metallschmelze benetzte Angriffsfläche aus Feuerfestmaterial, die die 
Entstehung von zusätzlichen Einschlüssen minimiert, eine Minimierung der Badspiegelgeschwindigkeiten und Oberflächenturbulenzen, durch die die Entstehung von Schlackeneinschlüssen reduziert wird, eine minimale Absenkung des Badspiegels bei instationärem Betriebsverhalten, wie bei- spielsweise Sequenzguss, . eine Reduzierung der Wärmeverluste im Vergleich zu konventionellen Zwischengefässen nach dem Stand der Technik, 

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 ermöglicht einen Kurzschlussbetrieb, d. h.

   ein überwiegender Teil der Metallschmelze durchströmt das Zwischengefäss auf möglichst kurzem Weg zwischen Schmelzenzulauf und Auslassöffnung. 



   Bevorzugte Formen des Zwischengefässes ergeben sich, wenn der ausgemauerte Innenraum des Zwischengefässes im wesentlichen von einer um eine vertikale Gefässachse rotierenden Erzeu- genden gebildet ist. Dadurch entstehen rotationssymmetrische Gefässinnenräume. 



   Die optimale Form, die für ein gegebenes Zwischengefässvolumen eine maximale Oberfläche zur Abscheidung von Einschlüssen in die badbedeckende Schlacke besitzt und zugleich eine minimale, mit Metallschmelze benetzte, Angriffsfläche für mechanische und chemische Erosion bildet, ist von einer Halbkugel bzw. einem Halbkugelsegment gebildet. Für die Halbkugelsegment- form lässt sich ein allgemein gültiger Zusammenhang für das theoretisch ideale Flächenverhältnis von Badspiegeloberfläche zu benetzter Feuerfestausmauerung angeben: 
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 wobei h der Betriebs-Badspiegelhöhe und R dem Badspiegelradius entspricht. 



   Für den Fall h/R = 1 liegt eine Halbkugelgeometrie vor und es gilt = 0,5. Verringert man z.B. das Verhältnis h/R auf 0,6, so vergrössert sich bei gleichbleibendem Verteilervolumen das Verhält- nis von Badspiegelfläche zu der mit Flüssigstahl benetzten Ausmauerungsfläche   auf  = 0,73. 



  Wählt man für ein bestimmtes Zwischengefässvolumen daher eine Kugelsegmentgeometrie   (h/R < 1),  so ist mit einer zusätzlichen Steigerung der Reinigungswirkung zu rechnen. 



   Weitere mögliche Formen ergeben sich, wenn der ausgemauerte Innenraum des Zwischenge- fässes im wesentlichen von einer um eine vertikale Gefässachse rotierenden Erzeugenden mit wechselndem, vorzugsweise harmonisch pulsierendem Abstand (r) von der vertikalen Gefässachse gebildet ist. Damit sind normal zur vertikalen Gefässachse elliptische Querschnitte, aber auch Querschnitte mit einer beliebig anderen Aussenkontur, beispielsweise ein quadratischer Querschnitt mit grossen Ausrundungsradien oder polygonale Querschnitte möglich. 



   Günstige Formen für das Zwischengefäss ergeben sich, wenn das Zwischengefäss zumindest abschnittsweise einen halbkugelförmigen, kegelstumpfförmigen, drehparaboloidförmigen oder zylinderförmigen Innenraum aufweist und hierbei der Querschnitt des Zwischengefäss-Innenraumes in einer normal zur vertikalen Gefässachse gelegten Schnittebene zumindest abschnittsweise kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist. 



   Um den gesamten Innenraum des Zwischengefässes für die Partikelabscheidung optimal nut- zen zu können, ist für die Schmelzenzufuhr ein in das Zwischengefäss ragendes Tauchrohr vorge- sehen, am Zwischengefässboden unterhalb des Tauchrohres ein Strömungslenker und die Aus- lassöffnung an einem vom Strömungslenker beabstandeten und mindestens den halben Boden- durchmesser entfernten Stelle des Zwischengefässbodens angeordnet. 



   Insbesonders im Fall, wenn durch das erfindungsgemässe Zwischengefäss mehrere nebenein- ander angeordnete Strangadern einer Stranggiessanlage mit Schmelze zu versorgen sind und die Schmelze somit auf mehrere Kokillen zu verteilen ist, umfasst das Zwischengefäss ein Schmelzen- Zuführbecken und mindestens ein Schmelzen-Ableitbecken, wobei jedes Schmelzen-Ableitbecken durch einen Transportkanal, vorzugsweise einen Überlauf, vom Schmelzen-Zuführbecken getrennt ist und jedes Schmelzen-Ableitbecken einen Innenraum des Zwischengefässes begrenzt. Diese Art eines Zwischengefässes, bei dem die Schmelze zwei hintereinander gereihte Becken durchfliesst, wird der Bereich der Schmelzenzufuhr aus der Giesspfanne vom Bereich der Schmelzenableitung in die Kokille nicht nur räumlich sondern auch baulich getrennt und somit eine zusätzliche Kontinui- tät im Strömungsverhalten ermöglicht.

   Der Verbindungsbereich zwischen Schmelzen- Zuführbecken und Schmelzen-Ableitbecken kann durch einen Überlauf erfolgen oder durch einen Transportkanal, der auch unterhalb des Badspiegels angeordnet sein kann. Die vorstehend be- schriebenen geometrischen Bedingungen für die Ausgestaltung des Innenraumes muss zumindest vom Schmelzen-Ableitbecken erfüllt sein. Zu einer Verringerung des Fremdstoffeintrages aus der Ausmauerung des Zwischengefässes wird zusätzlich beigetragen, wenn das Schmelzen- Zuführbecken einen Innenraum des Zwischengefässes begrenzt und die Bedingungen des dimen- sionslosen Verhälnisses (K) und gegebenenfalls zusätzlich auch des dimensionslosen Verhältnis- 

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 ses (5) erfüllt. Dem Schmelzen-Zuführbecken ist ein Strömungslenker und dem Schmelzen- Ableitbecken ist zumindest eine Auslassöffnung zugeordnet. 



   Zur leichten Manipulation des erfindungsgemässen Zwischengefässes, insbesondere dessen Vorbereitung auf den Guss und dessen genaue Positionierung über der Kokillenöffnung, ist das Zwischengefäss auf einem vorzugsweise Hub- und/oder Kippeinrichtungen aufweisenden Verteiler- wagen abgestützt, der einen Fahrantrieb aufweist und auf einer Fahrbahn zwischen einer Be- triebsposition und einer Warteposition verfahrbar ausgebildet ist. 



   Die beschriebenen Vorteile und Effekte stellen sich auch bei einem Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges, vorzugsweise eines Stahlstranges, hoher Reinheit mit einer Stranggiessanla- ge ein, bei dem Metallschmelze von einer Giesspfanne in ein Zwischengefäss und von diesem in eine Stranggiesskokille geleitet wird, wobei ein Schmelzenvolumen (V) einer im ausgemauerten Innenraum des Zwischengefässes enthaltenen Metallschmelze in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebs-Badspiegelhöhe (h) so eingestellt wird, dass ein dimensionsloses Verhältnis (K) der von der Metallschmelze gebildeten Kontaktoberfläche (Aref) zum von der von der Metalschmelze gebil- deten Kontaktoberfläche   (Aref)   und der badspiegelabhängigen freien Oberfläche (ATop) umgrenzten Schmelzenvolumen (V), welches sich aus der   Beziehung K   =Aref/2 ergibt, zwischen 3,

  83 und 4,39 liegt. Vorzugsweise liegt dieses dimensionslose Verhältnis (K)(V)3 bei Werten zwischen 3,83 und 4,2. liegt. Vorzugsweise   liegt   dieses   dimensionslose   Verhältnis (k) bei Werten zwischen 3,83 und 4,2. 



   Ein hoher Reinheitsgrad der Schmelze für den nachfolgenden Giessprozess wird erreicht, wenn zusätzlich ein Schmelzenvolumen (V) der im Innenraum enthaltenen Metallschmelze so eingestellt wird, dass das Verhältnis (5) der von der Metallschmelze gebildeten freien Oberfläche (ATop) zu dervon der Metallschmelze gebildeten Kontaktoberfläche   (Aref)   zwischen 0,45 und 1,0, vorzugswei- se zwischen 0,5 und 0,8, liegt. 



   Um günstige Abscheideraten und damit hohe Reinheit des Gussproduktes zu realisieren, wird die Betriebs-Badspiegelhöhe auf einen Wert zwischen 0,5 m und 1,5 m eingestellt. Das Schmel- zenvolumen, welches sich im Innenraum des Zwischengefässes befindet, wird hierbei auf mindes- tens 0,75m3, vorzugsweise mindestens 1,0 m3 eingestellt. Die Anforderungen an eine hohe Parti- kelabscheidung wird beim Sequenzgiessen auch während des Giesspfannenwechsels sicher ge- währleistet, wenn das Schmelzenvolumen auf mindestens das 5-fache, vorzugsweise mindestens das 7-fache, der Metallschmelzenmenge eingestellt wird, die im Regelbetrieb je Minute vergossen wird. 



   Hierbei nimmt die Metallschmelze im wesentlichen einen von einer um eine vertikale Gefäss- achse rotierenden Erzeugenden gebildeten Innenraum ein. Alternativ kann die Metallschmelze auch einen von einer um eine vertikale Gefässachse rotierenden Erzeugenden mit wechselnden, vorzugsweise harmonisch pulsierenden Abstand (r) von der vertikalen Gefässachse gebildeten Innenraum einnehmen. 



   Die Schmelzenzufuhr erfolgt unterhalb des Metallbadspiegels, um die schlackenbedeckte Ab- scheidefläche nicht zu stören und wird gezielt zum Schmelzenauslass geführt. 



   Das erfindungsgemässe Zwischengefäss kann auch im Kurzschlussbetrieb betrieben werden, wodurch insbesondere der Eintrag von Schadpartikel aus der Zwischengefässausmauerung gering gehalten wird. Unter Kurzschlussbetrieb ist eine Verfahrensweise zu verstehen, bei welcher die aus der Giesspfanne in das Zwischengefäss bzw. den Innenraum eines Zwischengefässes einflie- &num;ende Metallschmelze dieses auf kurzem Weg durchströmt und durch die Austrittsöffnung des Zwischengefässes oder es Innenraumes des Zwischengefässes wieder ausfliesst. Hierbei stellt sich ein Strömungsverlauf in diesem Innenraum ein, bei dem ein grosser Anteil der zuströmenden Me- tallschmelze keinen Umwälzströmungen im Zwischengefäss unterliegt, sondern lediglich geringe Strömungsumlenkungen auf dem weitgehend direktem Weg vom Schmelzeneintritt zum Schmel- zenaustritt erfährt.

   Dies wird beim beschriebenen Verfahren dadurch erreicht, dass der Horizontal- abstand zwischen dem in das Schmelzenvolumen im wesentlichen vertikal eintretenden Metall- schmelzenstrahles und dem aus dem Schmelzenvolumen im wesentlichen vertikal austretenden Metallschmelzenstrahles auf weniger als den halben Bodendurchmesser des Innenraumes einge- stellt wird. 



   Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen- den Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden 

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 Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen: 
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stranggiessanlage mit dem erfindungsge- mässen Zwischengefäss, 
Fig. 2a, 2b das erfindungsgemässe Zwischengefäss in Grund- und Aufriss nach einer ersten 
Ausführungsform, 
Fig. 3a, 3b das erfindungsgemässe Zwischengefäss in Grund- und Aufriss nach einer zwei- ten Ausführungsform, 
Fig. 4a, 4b das erfindungsgemässe Zwischengefäss für eine zweisträngige Giessanlage in 
Grund- und Aufriss 
Fig. 5 das erfindungsgemässe Zwischengefäss auf einem Verteilerwagen 
Fig. 6 das erfindungsgemässe Zwischengefäss im Kurzschlussbetrieb. 



   Aus Fig. 1 ist die Anordnung eines erfindungsgemässes Zwischengefäss 1 in seiner Betriebspo- sition zwischen einer Giesspfanne 2 und einer Kokille 3 in einer Stranggiessanlage, die durch die Kokille 3 und den aus ihr ausgeförderten Gussstrang 13 angedeutet ist, schematisch dargestellt. 



  Die Giesspfanne 2 ist in Gabelarmen 4 eines Pfannendrehturmes abgesetzt, der durch die vertikale Drehturmachse 5 angedeutet ist. Durch ein Tauchgiessrohr 6, welches an die Auslassöffnung 7 der Giesspfanne 2 anschliesst und in das Zwischengefäss 1 ragt, fliesst Metallschmelze aus der Giess- pfanne 2 in das Zwischengefäss 1 und tritt dort unterhalb des Badspiegels 8 aus. Von hier wird die Metallschmelze durch eine Auslassöffnung 9 und ein weiteres Tauchgiessrohr 10 in die Kokille 3 übergeleitet und tritt dort unterhalb des Kokillen-Badspiegels 11 aus. Der Schmelzendurchfluss im Tauchgiessrohr 10 wird durch ein regelbares Verschlussorgan 12, beispielsweise einen Schieber, geregelt. In der gekühlten Kokille 3 erstarrt die Metallschmelze zu einem Gussstrang 13, der in einer nicht dargestellten Rollenführung einer Stranggiessanlage kontinuierlich ausgefördert wird. 



   Das Zwischengefäss 1 besteht, wie die Fig. 2a und 2b zeigen, aus einer Stahlwanne 15, welche einen äusseren stabilen Gefässrahmen bildet und einer feuerfesten Ausmauerung 16 als Isolations- schicht, deren innere Oberfläche die Kontaktfläche zur Metallschmelze 17 bildet und den Innen- raum 14 des Zwischengefässes formt. Vom Zwischengefässboden 18 ragt die Zwischengefässwand 19 um eine vertikale Gefässachse 20 rotationssymmetrisch angeordnet nach oben und bildet einen kugelsegmentförmigen Innenraum 14. Der Innenraum 14 wird, geometrisch betrachtet, von einer um die vertikale Gefässachse 20 rotierenden Erzeugenden E mit konstantem Abstand r gebildet. 



  Am Zwischengefässboden 18 ist in möglichst grossem Abstand von der vertikalen Gefässachse 20 ein Strömungslenker 21 unterhalb des Tauchgiessrohres 6 angeordnet. Am gegenüberliegenden Rand des Zwischengefässbodens 18 befindet sich eine Auslassöffnung 9, an die, an der Stahlwan- ne 15 des Zwischengefässes befestigt, ein als regelbarer Schieber ausgebildetes Verschlussorgan 12 und danach ein Tauchgiessrohr 10 anschliesst. Der Strömungslenker 21 und die Auslassöffnung 9 sind daher soweit als möglich voneinander entfernt. 



   Von der Metallschmelze 17 wird im Innenraum 14 des Zwischengefässes 1 ein Füllvolumen (V) ausgefüllt, wobei die freie Oberfläche   (ATop)   der Metallschmelze den Badspiegel 8 ausbildet, der sich auf der Betriebs-Badspiegelhöhe (h) befindet und von einer Schlackenschicht 22 bedeckt ist, in die aus der Metallschmelze kontinuierlich Fremdpartikel abgeschieden werden. Im Zwischenge- fäss 1 wird ein Teilbereich der Oberfläche der feuerfesten Ausmauerung 16 von Metallschmelze 17 benetzt und diese benetzte ausgemauerte Oberfläche   (Aref)   ist besonders hoher thermischer Belas- tung und chemischer sowie mechanischer Erosion ausgesetzt. Aus der Ausmauerung 16 werden kontinuierlich Partikel in die Metallschmelze 17 ausgeschwemmt und mit der Schmelzenströmung am Übergang zur Schlackenschicht 22 an diese wieder abgegeben. 



   Die Fig. 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform eines möglichen Zwischengefässes, bei dem jede normal zur vertikalen Gefässachse 20 Querschnittsfläche, wie im Grundriss erkenn- bar, von einer Ellipse gebildet wird. Die Innenkontur ergibt sich geometrisch durch Rotation einer Erzeugenden (E) um die vertikale Gefässachse 20, wobei der Radiusabstand (r) der Erzeugenden von der vertikalen Gefässachse als Funktion des Drehwinkels   (#)   variiert. Auch hier sind der Strö- mungslenker 21 und die Auslassöffnung 9 soweit als möglich voneinander entfernt, um günstige Strömungsverhältnisse im Innenraum 14 zu schaffen und eine hohe Partikel-Abscheiderate zu sichern. 



   Das Zwischengefäss kann auch von mehreren Aufnahmebecken für Metallschmelze gebildet sein. Die Fig. 4a und 4b zeigen in Grund- und Aufriss ein Zwischengefäss bzw. Verteilergefäss für 

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 eine zweisträngige Giessanlage, wobei die beiden Giessadern 23 durch strichlierte Linien angedeu- tet sind. Das Zwischengefäss ist im Grundriss V-förmig von drei zusammenhängenden Aufnahme- becken gebildet. Ein Schmelzen-Zuführbecken 25 ist zentral angeordnet und mit zwei Schmelzen- Ableitbecken 26 zu einer Baueinheit verbunden. Im Schmelzen-Zuführbecken 25 ist ein Strö- mungslenker 21 in den Boden der feuerfesten Auskleidung eingelassen. Das Zwischengefäss ist hierbei, analog wie in Fig. 1 dargestellt, während des Betriebes so positioniert, dass der Tauchaus- guss 6 der Giesspfanne 2 genau über dem Strömungslenkers 21 liegt.

   Jedes Schmelzen- Ableitbecken 26 ist am Gefässboden von einer Auslassöffnung 9 durchsetzt, die im Giessbetrieb über der Kokille 3 positioniert ist. Das an die Auslassöffnung 9 anschliessende Tauchgiessrohr 10 ragt hierbei in den Formhohlraum der Kokille 3. Der Vertikalschnitt durch das Zwischengefäss entlang der Linie A-B zeigt einen von einer feuerfesten Ausmauerung gebildeten Überlauf 27 zwischen dem Schmelzen-Zuführbecken 25 und dem Schmelzen-Ableitbecken 26. Der Badspiegel 8 der Metallschmelze 17 überragt hierbei den Überlauf 27, sodass die im Schmelzen-Zulaufbecken 25 vorberuhigte Metallschmelze in langsamer Strömung in das Schmelzen-Ableitbecken 26 fliessen kann und dort eine weitere Partikelabscheidung stattfinden kann, bevor die Metallschmelze durch die Auslassöffnung 9 in die Stranggiesskokille 3 strömt.

   Sowohl das Schmelzen-Zuführbecken 25 als auch die beiden Schmelzen-Ableitbecken 26 bilden einen kugelsegmentförmigen Innenraum 14 aus. 



   Wie bereits bei konventionellen Stranggiessanlagen üblich, ist das erfindungsgemässe Zwi- schengefäss, gleichermassen wie konventionelle Zwischengefässe bisher, auf einen Verteilerwagen 30 mittels Hub- und/oder Kippeinrichtungen 31 höhenverstellbar und gegebenenfalls auch kippbar abgestützt und zwischen einer Betriebsposition, bei der das Tauchgiessrohr in die Kokille ragt, und einer Wartungsposition, in der das Zwischegefäss aufgeheizt und für seinen Einsatz vorbereitet wird, zumeist schienengebunden auf einer Fahrbahn 32 verfahrbar (Fig. 5). Der Verteilerwagen 30 ist mit einem Fahrantrieb 33 ausgestattet. 



   Das Zwischengefäss ist üblicherweise mit einem Deckel verschlossen, um eine Abkühlung der Schmelze durch Wärmestrahlung weitgehend zu vermeiden. Soweit notwendig, sind zusätzliche Einbauten im Zwischengefäss möglich, die die Schmelzenströmung günstig beeinflussen. Das Überleiten der Metallschmelze zwischen den benachbarten Schmelzenbecken kann auch unter- halb des Badspiegels der eingefüllten Schmelzen durch einen oder mehrere rohrförmige Trans- portkanäle erfolgen, wobei sich der Vorteil ergibt, dass die Schlackenschicht nur in sehr geringem Masse einer Strömungsbewegung unterliegt. 



   In Fig. 6 ist der weiter oben bereits beschriebene Kurzschlussbetrieb anschaulich am Zwi- schengefäss dargestellt. In das Zwischengefäss 1 strömt die Metallschmelze durch das Tauchgiess- rohr 6 der Giesspfanne in den Innenraum 14 und fliesst auf kurzem Weg, der durch Strömungslinien 35 angedeutet ist, zur Auslassöffnung 9 und verlässt dort wieder das Zwischengefäss. Der Horizon- talabstand H zwischen der in vertikaler Richtung in den Innenraum 14 eintretenden und ebenfalls wieder in vertikaler Richtung aus dem Innenraum 14 austretenden Metallschmelze ist hierbei geringer als der halbe Durchmesser d des Zwischengefässbodens 18. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Zwischengefäss mit einer feuerfesten Ausmauerung (16) für die Herstellung und Überlei- tung von Metallschmelze, vorzugsweise Stahlschmelze, hoher Reinheit von einer Giess- pfanne (2) in die Kokille (3) einer Stranggiessanlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausgemauerter Innenraum (14) des Zwischengefässes (1) in Abhängigkeit von einer Be- triebs-Badspiegelhöhe (h) die Bedingung erfüllt, dass ein dimensionsloses Verhältnis (K) der von der Metallschmelze (17) benetzten ausgemauerten Oberfläche   (Aref)   zum von die- ser ausgemauerten Oberfläche   (Aref)   und der badspiegelhöhenabhängigen freien Oberflä-    ehe (ATop) umgrenztes Füllvolumen (V), welches sich aus der Beziehung K - Aref/2 ergibt, (V)3   zwischen 3,83 und 4,39 liegt.

Claims

2. Zwischengefäss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dimensionslose <Desc/Clms Page number 7> Verhältnis (k) zwischen 3,83 und 4,20 liegt.

3. Zwischengefäss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgemauerte Innenraum (14) des Zwischengefässes in Abhängigkeit von der Betriebs-Badspiegelhöhe (h) der Bedingung genügt, dass das Verhältnis () der freien Oberfläche (ATop) zur von der Metallschmelze benetzten ausgemauerten Oberfläche (Aref) zwischen 0,4 und 1,0 liegt.

4. Zwischengefäss nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (5) zwi- schen 0,5 und 0,8 liegt.

5. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs-Badspiegelhöhe (h) im Zwischengefäss zwischen 0,5 m und 1,5 m be- trägt.

6. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllvolumen (V) des Innenraumes (14) Zwischengefässes mindestens 0,75 m3, vorzugsweise mindestens 1,0 m 3 umfasst.

7. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllvolumen (V) des Innenraumes (14) des Zwischengefässes mindestens die 5- fache, vorzugsweise mindestens die 7-fache Metallschmelzenmenge enthält, die im Re- gelbetrieb je Minute vergossen wird.

8. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgemauerte Innenraum (14) des Zwischengefässes im wesentlichen von einer um eine vertikale Gefässachse (20) rotierenden Erzeugenden (E) gebildet ist.

9. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgemauerte Innenraum (14) des Zwischengefässes im wesentlichen von einer um eine vertikale Gefässachse (20) rotierenden Erzeugenden (E) mit wechselndem, vor- zugsweise harmonisch pulsierendem Abstand (r) von der vertikalen Gefässachse (20) ge- bildet ist.

10. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengefäss zumindest abschnittsweise einen halbkugelförmigen, kegel- stumpfförmigen, drehparaboloidförmigen oder zylinderförmigen Innenraum (14) aufweist.

11. Zwischengefäss nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des In- nenraumes (14) des Zwischengefässes in einer normal zur vertikalen Gefässachse (20) ge- legten Schnittebene zumindest abschnittsweise kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.

12. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schmelzenzufuhr ein in das Zwischengefäss (1) ragendes Tauchrohr (6) vor- gesehen ist, dass am Zwischengefässboden (18) unterhalb des Tauchrohres (6) ein Strö- mungslenker (21) angeordnet ist und dass die Auslassöffnung (9) an einem vom Strö- mungslenker (21) beabstandeten und mindestens den halben Bodendurchmesser (d) ent- fernten Stelle des Zwischengefässbodens (18) angeordnet ist.

13. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengefäss (1) ein Schmelzen-Zuführbecken (25) und mindestens ein Schmelzen-Ableitbecken (26) umfasst, dass jedes Schmelzen-Ableitbecken (26) durch ei- nen Transportkanal, vorzugsweise einen Überlauf (27), vom Schmelzen-Zuführbecken (25) getrennt ist und jedes Schmelzen-Ableitbecken (26) einen Innenraum (14) des Zwischen- gefässes (1) begrenzt.

14. Zwischengefäss nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen- Zuführbecken (25) einen Innenraum (14) des Zwischengefässes begrenzt.

15. Zwischengefäss nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmel- zen-Zuführbecken (25) ein Strömungslenker (21) und dem Schmelzen-Ableitbecken (26) eine Auslassöffnung (9) zugeordnet ist.

16. Zwischengefäss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengefäss auf einem vorzugsweise Hub- und/oder Kippeinrichtungen (31) aufweisenden Verteilerwagen (30) abgestützt ist, der einen Fahrantrieb (33) aufweist und auf einer Fahrbahn (32) zwischen einer Betriebsposition und einer Warteposition verfahr- bar ausgebildet ist.

17. Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges, vorzugsweise eines Stahlstranges, hoher Reinheit mit einer Stranggiessanlage, wobei Metallschmelze von einer Giesspfanne (2) in <Desc/Clms Page number 8> ein Zwischengefäss (1) und von diesem in eine Stranggiesskokille (3) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelzenvolumen (V) einer im ausgemauerten Innenraum (14) eines Zwischengefässes enthaltenen Metallschmelze (17) in Abhängigkeit von der jeweili- gen Betriebs-Badspiegelhöhe (h) so eingestellt wird, dass ein dimensionsloses Verhältnis (K) der von der Metallschmelze (17) gebildeten Kontaktoberfläche (Aref) zum von dieser Metallschmelze gebildeten Kontaktoberfläche (Aref) und der badspiegelabhängigen freien Oberfläche (ATop) umgrenzten Schmelzenvolumen (V), welches sich aus der Beziehung A EMI8.1 18.

Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das dimensionslose Verhält- nis (K) zwischen 3,83 und 4,2 liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelzenvolu- men (V) der im Innenraum (14) enthaltenen Metallschmelze (17) so eingestellt wird, dass ein Verhältnis () der von der Metallschmelze gebildeten freien Oberfläche (ATop) zu der von der Metallschmelze gebildeten Kontaktoberfläche (Aref) zwischen 0,45 und 1,0 liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis () zwischen 0,5 und 0,8 liegt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- triebs-Badspiegelhöhe (h) auf einen Wert zwischen 0,5 m und 1,5m eingestellt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzenvolumen (V) auf mindestens 0,75 m3, vorzugsweise mindestens 1,0 m3 einge- stellt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzenvolumen (V) auf mindestens das 5-fache, vorzugsweise das 7-fache, der Me- tallschmelzenmenge eingestellt wird, die im Regelbetrieb je Minute vergossen wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- schmelze im wesentlichen einen von einer um eine vertikale Gefässachse (20) rotierenden Erzeugenden (E) gebildeten Innenraum (14) einnimmt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- schmelze im wesentlichen einen von einer um eine vertikale Gefässachse (20) rotierenden Erzeugenden (E) mit wechselndem, vorzugsweise harmonisch pulsierenden Abstand (r) von der vertikalen Gefässachse (20) gebildeten Innenraum (14) einnimmt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzenzufuhr unterhalb des Metallbadspiegels (8) erfolgt und die Metallbadströmung gezielt zum Schmelzenauslass (9) geführt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur An- wendung des Verfahrens im Kurzschlussbetrieb der Horizontalabstand (H) zwischen dem in das Schmelzenvolumen (V) im wesentlichen vertikal eintretenden Metalischmelzenstrah- les und dem aus dem Schmelzenvolumen (V) im wesentlichen vertikal austretenden Me- tallschmelzenstrahles auf weniger als den halben Bodendurchmesser (d) des Innenraumes (14) eingestellt wird.