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Die Erfindung betrifft ein Sequenzgiessverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit aus einer Metallschmelze, vorzugsweise einer Stahlschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Schmelzenbehälter geregelt einem Verteilergefäss zugeführt und von diesem Verteilergefäss geregelt in eine Stranggiesskokille abgeführt wird und wobei die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss während dem Wechsel des Schmelzengefässes unterbrochen wird, während die Zufuhr der Metallschmelze in die Stranggiesskokille weitergeführt wird.
Unter Sequenzgiessverfahren ist ein Giessverfahren zu verstehen, bei welchem mehrere Metallchargen, die an die Giessanlage in mehreren Schmelzengefässen angeliefert werden, ohne Unterbrechung des Giessprozesses kontinuierlich zu einem einzigen Metallstrang vergossen werden. Hierbei ist es notwendig, das Schmelzengefäss nach dessen Entleerung gegen ein weiteres gefülltes Schmelzengefäss in möglichst kurzer Zeit auszutauschen. Zwangsweise kommt es zu einer Unterbrechung des Schmelzenzuflusses in das Verteilergefäss und es ist notwendig die Restmenge im Verteilergefäss so zu bemessen, dass eine ausreichende Menge an Restmetallschmelze zur Überbrückung der benötigten Wechselzeit im Verteilergefäss vorrätig ist, bis aus dem in Giessposition gebrachten weiteren Schmelzengefäss wieder Metallschmelze in das Verteilergefäss zufliessen kann.
Um den kontinuierlichen Giessprozess über die Wechselzeit aufrecht erhalten zu können, ist es üblich, die Giessgeschwindigkeit der Giessanlage während der Wechselzeit zu reduzieren. Mit einem Pfannendrehturm kann die Wechselzeit sehr kurz gehalten werden.
Die Stranggiessanlage selbst kann mit einer Kokille beliebiger Bauart, wie beispielsweise einer oder mehreren oszillierenden Platten- oder Rohrkokillen, mit Raupenkokillen, mit Kokillen mit umlaufenden Bändern oder Kokillen die von rotierenden Giesswalzen mit seitlichen Dämmwänden gebildet werden, ausgestattet sein. Auch das Querschnittsformat des zu giessenden Metallstranges kann beliebig sein, jedoch ergeben sich speziell bei der Herstellung von dünnen Metallbändern mit Banddicken unter 6,0 mm und Bandbreiten über 800 mm besondere Anforderungen an die Startphase bzw.
Restart-Phase des Giessprozesses nach einem Pfannenwechsel, da insbesondere wegen des relativ kleinen Schmelzenpools und der praktisch unveränderlichen metallurgischen Länge bis zum kissing point in einer Zweiwalzengiessanlage, sowie der schnellen Durcherstarrung eines dünnen Metallstranges eine wesentliche Reduzierung der Giessgeschwindigkeit nicht möglich ist. Weiters ist zu berücksichtigen, dass bei der Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss eine verstärkte Badbewegung in der bereits mit Abdeckmittel bedeckten Restmetallschmelze entsteht und durch die verstärkte Wellenbildung an der Badoberfläche ein Eintrag von Abdeckmittel in das Metallbad verstärkt auftritt.
Weiters wird beim Öffnen des Pfannenschiebers Füllsand in das Verteilergefäss eingetragen, der eine gewisse Zeit und ein beruhigtes Metallbad benötigt, um an die Badoberfläche aufschwimmen zu können. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Giessen eines Metallbandes mit einer Zweiwalzengiessanlage nach dem vertikalen Zweiwalzengiessverfahren.
Bei der Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit mit einer beliebigen Stranggiessanlage wird das flüssige Metall üblicherweise von einer Giesspfanne über zumindest ein Zwischengefäss oder Verteilergefäss einer gekühlten Kokille zugeführt, in der der Erstarrungsprozess der Metallschmelze zu einem Metallstrang zumindest eingeleitet wird.
Die Überleitung der Metallschmelze von der Giesspfanne in das Verteilergefäss und aus diesem weiter in die Kokille erfolgt vorwiegend durch Tauchrohre oder Schattenrohre, die im stationären Giessbetrieb in den Schmelzenpool des jeweils nachgeordneten Gefässes eintauchen und so eine möglichst beruhigte und gleichmässige Strömung und Weiterleitung der Metallschmelze bis in die Kokille ermöglichen. Üblicherweise ist die in der Giesspfanne, dem Zwischengefäss und gegebenenfalls in der Kokille angesammelte Metallschmelze von einer Schlackenschicht bedeckt, durch die die Metallbadoberfläche vor Oxidation geschützt wird. Die grundsätzliche Anordnung der Schmelzenaufnahmegefässe bei einer mehrsträngigen Stranggiessanlage für Stahl ist beispielsweise aus der US-A 5,887,647 bekannt.
Je intensiver die Metallbadbewegung in den einzelnen Schmelzengefässen abläuft, desto mehr Schlackepartikel werden von der die Metall-
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schmelze bedeckenden Schlackenschicht in das Metallbad eingetragen und desto mehr Partikel des Feuerfestmaterials aus der Ausmauerung der Schmelzengefässe werden durch Erosion ebenfalls dem Metallbad zugeführt. Gleichzeitig wird das Abscheiden von Fremdstoffpartikel aus der Metallschmelze an die Metallbadoberfläche oder in die Schlackenschicht durch zu intensive Metallbadbewegung behindert. Bei grossformatigen Metallsträngen, wie Strängen mit Brammenquerschnitten, bleibt auch in der Kokille noch Zeit zur Abscheidung von Fremdstoffen an die Badoberfläche.
Bei kleinformatigen Strängen und insbesondere bei Bändern geringer Dicke muss der Eintrag von Fremdpartikeln in die Kokille möglichst vermieden werden, da in der Kokille die Möglichkeiten für eine Abscheidung von Fremdpartikeln tendenziell stärker beschränkt ist.
Generell ist bekannt, dass die Qualität des gegossenen Stranges herabgesetzt ist, wenn starke Badspiegelschwankungen auftreten, wie sie in der Startphase des Giessprozesses bei der Erstfüllung des Verteilergefässes unvermeidbar sind, oder wie sie während der Durchführung des Pfannenwechsel beim Sequenzgiessen auftreten, bei dem üblicherweise mit der im Verteiler vorrätigen Metallschmelze die Wechselzeit der Pfanne überbrückt wird und daher mit kontinuierlich abnehmender Badspiegelhöhe gegossen wird. Die Stabilität der Schmelzenströmung im Verteilergefäss ist dadurch stark beeinträchtigt und die Metallschmelze ist unerwünschtem Schlackeneintrag ausgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Nachteile und Schwierigkeiten des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Sequenzgiessverfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit dem auch während des Schmelzengefässwechsels ein erhöhter Eintrag von Fremdpartikeln in die Metallschmelze und somit in der Stranggiesskokille ein analoger bzw. erhöhter Eintrag von Fremdpartikel ins Erstarrungsprodukt minimiert und unmittelbar im Zusammenhang mit der Wiederaufnahme der quasi-stationären Giessphase ein Metallstrang hoher Reinheit gegossen werden kann, bei dem weiters diese Überbrückungsphase im kontinuierlichen Giessprozess möglichst kurz gehalten werden kann und bei dem zumindest Auswirkungen aus nicht-stationären Giessphasen, wie dem Schmelzengefässwechsel, möglichst schnell abklingen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass während einer Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss die Zuflussrate in das Verteilergefäss grösser ist als die Abflussrate aus dem Verteilergefäss und wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%, dieser Zeitspanne die Zuflussrate in das Verteilergefäss kleiner oder gleich dem Doppelten, vorzugsweise kleiner oder gleich dem 1,5-fachen, der Abflussrate aus dem Verteilergefäss beträgt.
Die minimale Zuflussrate in das Verteilergefäss innerhalb dieser Zeitspanne hängt sehr wesentlich von der Reduktion der Giessgeschwindigkeit auf der Stranggiessanlage während des Schmelzengefässwechsels ab. Die Zuflussrate in das Verteilergefäss sollte während dieser Zeitspanne jedoch mindestens dem 0,5-fachen der maximalen Zuflussrate bei stationärem Giessbetrieb entsprechen.
Der Begriff "Verteilergefäss" ist hier nicht nur auf das Aufnahmegefäss für Metallschmelze beschränkt, durch welches die Überleitung oder Verteilung von Metallschmelze in eine Kokille ermöglicht wird, somit einer Kokille direkt vorgeordnet ist, sondern kann alle Schmelzengefässe zwischen der Giesspfanne und der Kokille umfassen.
Eine weitere Verbesserung in der Qualität des gegossenen Stranges ab Wiederaufnahme des Giessprozesses wird erreicht, wenn die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
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Eine Verkürzung der Wiederaufnahmephase des Giessprozesses und ein maximal gesichertes Öffnen des Schmelzenbehälters wird ohne Beeinträchtigung der Qualität des Gussproduktes erreicht, wenn die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss während 0,1% bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasistationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und die Zufuhr von Metallschmelze anschlie- #end bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt.
Unter "maximaler Füllrate" ist zu verstehen, dass die Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäss bei maximaler Öffnung des Pfannenschiebers, das heisst mit der maximal möglichen Füllrate, erfolgt. Damit wird auch ein Zufrieren der Pfannenschieberöffnung in der Angiessphase bzw. eine markante Verengung der Durchflussöffnung und damit eine unerwünschte Reduzierung der Durchflussmenge vermieden.
Die reduzierte Füllrate stellt über die Restfüllzeit bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe nicht notwendigerweise einen konstanten Wert dar, sondern folgt eher einem kontinuierlich oder schrittweise abnehmenden zeitlichen Verlauf, wodurch sich die Strömungsverhältnisse im Verteilergefäss bereits während der Füllzeit kontinuierlich beruhigen.
Zur Beruhigung der Metallschmelze im Verteilergefäss kann es zweckmässig sein, wenn die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe für eine bestimmte Zeitspanne sogar unterbrochen wird. Das Schliessen des Pfannenschiebers nach Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hat den Vorteil, dass vorhandene Fremdeinschlüsse, insbesondere nichtmetallische Einschlüsse, am Badspiegel schnell aufschwimmen und in die Abdeckschlacke abgeschieden werden können. Die kurzzeitige Unterbrechung der Schmelzenzufuhr stellt eine gute Möglichkeit dar, die Qualität des gegossenen Produktes zu erhöhen, wenn gleichzeitig sichergestellt ist, dass das Öffnen des Pfannenschiebers nach dieser Beruhigungs- und Abscheidephase sicher gewährleistet ist.
Die Zeitspanne der Unterbrechung der Schmelzenzufuhr beträgt zwischen 1 sec und 2 min, vorzugsweise zwischen 10 sec und 70 sec, da der Badspiegel zufolge des in die Stranggiesskokille abfliessenden Metalls sofort wieder zu sinken beginnt.
Zur Vermeidung von Reoxidation an der Metallbadoberfläche wird üblicherweise bereits bei Beginn der ersten Giesssequenz ein Abdeckmittel auf das Schmelzenbad aufgebracht. Dieses Abdeckmittel bleibt über alle Giesssequenzen im Verteilergefäss erhalten. Damit das Abdeckmittel im Nahbereich des in die Metallschmelze eintauchenden Schattenrohres nicht - auch nur partiell - entlang der Aussenwand des Schattenrohres in die Metallschmelze eingezogen wird, ist es zweckmässig, wenn ein das Schattenrohr unmittelbar umgebender Bereich der freien Badoberfläche im Verteilergefäss von der Abdeckung mit einem Abdeckmittel zumindest während des quasi-stationären Betriebes, vorzugsweise ständig, freigehalten bzw. abgeschirmt wird.
Dies erfolgt vorzugsweise durch Abschirmmittel, die von Wandelementen gebildet sind, die entweder von oben in das Schmelzenbad eintauchen oder von unten aus dem Schmelzenbad herausragen und das Schattenrohr mit Abstand umgeben. Damit wird gezielt ein "hot spot" rund um das Schattenrohr erzeugt und es ist zweckmässig, wenn die Wandelemente eine geschlossene Kammer bilden, in die das Schattenrohr integriert und die in der Kammer eingeschlossene Atmosphäre inertisiert ist.
Wichtig ist, dass die Abschirmmittel soweit in das Schmelzenbad eintauchen, dass diese auch während des Pfannenwechsels bei minimaler Badspiegelhöhe knapp vor der Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr noch in das Verteilergefäss eintauchen. Damit wird die schlackenfreie Zone um das Schattenrohr auch in dieser Betriebsphase aufrechterhalten und die Zufuhr von Metallschmelze mit geringen Turbulenzen im Metallbad unterhalb der Badoberfläche sichergestellt.
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Sofern nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss die Zufuhr von Metallschmelze nochmals kurzzeitig unterbrochen wird, um die Badbewegung zusätzlich zu beruhigen und die Abscheiderate von Fremdpartikel zu steigern, wird nach der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss diese Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss mengenmässig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäss geregelt. Die Überleitung der Metallschmelze vom Verteilergefäss in die nachgeordnete Kokille beginnt zeitlich mit der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss. Mit der Regelung wird die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe bzw. das dem entsprechende Verteilergewicht weitgehend auf einem konstanten Niveau gehalten.
Sofern nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe keine Unterbrechung der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss erfolgt, wird zumindest während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss und/oder ab dem Erreichen der quasi-stationären Giessspiegelhöhe die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss mengenmässig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäss geregelt. Diese Regelung basiert auf einer Messung der aktuellen Badspiegelhöhe oder des aktuellen Verteilergewichtes.
Die Menge der dem Verteilergefäss zugeführten Metallschmelze und die Menge der aus dem Verteilergefäss abgeführten Metallschmelze beträgt beim Giessen eines Stahlbandes, bei einer Giessdicke von 1,0 - 5,0 mm und einer Giessbreite von 1,0 m bis 2,0 m, zwischen 0,5 t/min und 4,0 t/min, vorzugsweise zwischen 0,8 t/min und 2,0 t/min. Diese Angaben beziehen sich auf die Verwendung einer Zweiwalzengiessmaschine mit dem angestrebten Gussprodukt entsprechender Auslegung.
In Ausnahmefällen kann es notwendig sein, Abdeckmittel im Verteilergefäss zu ergänzen. Vorzugsweise erfolgt die Aufgabe des Abdeckmittels auf die Badoberfläche der Metallschmelze im Zwischengefäss in einem Oberflächenbereich mit geringer Oberflächenströmungsgeschwindigkeit, Welligkeit der Badoberfläche und Turbulenzintensität.
Eine fallweise manuelle Aufgabe des Abdeckmittels erfordert eine ausreichende Zugänglichkeit des Verteilergefässes für das Bedienungspersonal und bringt zusätzlich den Nachteil zusätzlicher Schlackeneinschlüsse durch die plötzliche lokale Aufgabe einer grösseren Menge des Abdeckmittels mit sich. Das Abdeckmittel wird daher in feinkörniger Form oder pulverförmig, vorzugsweise mit einer halb- oder vollautomatischen Aufgabeeinrichtung, aufgebracht.
Der Innenraum des Verteilergefässes ist durch einen Verteilerdeckel gegen die freie Atmosphäre abgeschirmt, wobei es zweckmässig ist, dass während oder vor der Erstfüllphase eine Inertisierung des Verteilergefässes erfolgt, um den reaktiven Sauerstoff im Inneren des Verteilergefässes weitgehend zu reduzieren.
Die Einstellung und Überwachung der Betriebsgiessspiegelhöhe erfolgt vorzugsweise über eine Verteiler-Gewichtsmessung oder mit einem äquivalenten Messverfahren. Die Betriebsbadspiegelhöhe kann auch mit anderen direkten oder indirekten Messverfahren ermittelt werden, wie z. b. mit Schwimmern, optischer Beobachtung der Badspiegeloberfläche, Ultraschall-Distanzmessung, Wirbelstrommessung und ähnlichen Messverfahren.
Beim Sequenzgiessen nimmt die Badspiegelhöhe im Verteilergefäss während des Schmelzengefässwechsels kontinuierlich ab, wobei eine Mindestbadspiegelhöhe nicht unterschritten werden darf, die sehr wesentlich von der Form des Verteilergefässes abhängt und daher nicht generell bestimmbar ist. Ein zu weitgehendes Absinken des Badspiegels führt insbesondere in der Wiederaufnahmephase der Schmelzenzufuhr, insbesondere bei maximaler Füllrate, zu einem ver-
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stärkten Fremdpartikeleintrag in die Metallschmelze, die sich in das gesamte Verteilergefäss ausbreitet.
Um diesen Effekt zu unterdrücken bzw. zumindest wesentlich zu dämpfen, ist es zweckmässig, wenn zumindest in der Zeitspanne zwischen der Wiederaufnahme der Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäss und dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe die im Verteilergefäss enthaltene Metallschmelze durch eine Abteilplatte in zwei Teilmengen geteilt wird, wobei einer ersten Teilmenge Metallschmelze aus dem Schmelzenbehälter zugeführt wird und von einer zweiten Teilmenge Metallschmelze in die Stranggiesskokille abgeleitet wird und eine Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge kontinuierlich erfolgt, wobei die Zuflussrate zur ersten Teilmenge im Verteilergefäss grösser ist als die Abflussrate aus der zweiten Teilmenge, wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%,
der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäss die Zuflussrate zur ersten Teilmenge kleiner oder gleich dem Doppelten der Abflussrate aus der zweiten Teilmenge ist. Durch die räumliche Abteilung des Verteilergefässes werden demnach zwei Bereiche geschaffen, nämlich ein erster Bereich, in dem zeitweise grosse Turbulenzen auftreten können und auch im Wesentlichen dort abklingen und einem zweiten Bereich, der hiervon weitgehend abgeschottet bleibt.
Die positiven Effekte aus der räumlichen Trennung im Verteilergefäss werden zusätzlich verstärkt, wenn die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäss mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
Hierbei kann die Füllzeit bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe verkürzt werden, wenn die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss während 1 % bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäss mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und anschliessend bis zum Erreichen der Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäss die Zufuhr von Metallschmelze mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt.
Die Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge, damit von einem Bereich des Verteilergefässes in den anderen Teil des Verteilergefässes, erfolgt durch eine oder mehrere Öffnungen in der Abteilplatte. Vorzugsweise kann die Überleitung der Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge durch einen Freiraum der Abteilplatte und dem Boden des Verteilergefässes erfolgen. In diesem Fall wird die Abteilplatte nicht bis zum Boden des Verteilergefässes eingebracht.
Es ist allerdings auch möglich, die Abteilplatte als fest verankerten Bauteil des Verteilergefässes auszubilden und mindestens einen permanenten Strömungskanal in Bodennähe des Verteilergefässes vorzusehen, der in allen Betriebsphasen zur Gänze unter der Badoberfläche der Metallschmelze liegt.
Der quasi-stationäre Giessprozess beginnt mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe bei der zweiten Teilmenge der Metallschmelze im zweiten Bereich des Verteilergefä- #es. Mit Erreichen dieser quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe bei der zweiten Teilmenge der Metallschmelze im Verteilergefäss wird die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss mengenmässig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäss geregelt. Diese Regelung basiert auf einer Messung der aktuellen Badspiegelhöhe oder des aktuellen Verteilergewichtes.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
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Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zweiwalzengiessanlage mit einem Schmelzenbe- hälter und einem Verteilergefäss zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 den Verlauf einer Anfahrkurve für das Wiederauffüllen des Verteilergefässes (Füllrate) nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer ersten Ausführungsform, Fig. 3 den Verlauf einer Anfahrkurve für das Wiederauffüllen des Verteilergefässes (Füllrate) nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Verteilergewichtes während des Wiederauffüllens des Vertei- lergefässes, Fig.
5a den Verlauf relevanter Verfahrenskenngrössen während des Wechsels eines Schmel- zengefässes nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5b den Verlauf relevanter Verfahrenskenngrössen während des Wechsels eines Schmel- zengefässes nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung Fig. 6 ein Schattenrohr mit Abschirmung gegen Kontakt mit Schlacke, Fig. 7a ein Verteilergefäss mit einer Abteilplatte in einer ersten ausgefahrenen Betriebsposition, Fig. 7b ein Verteilergefäss mit einer Abteilplatte in einer zweiten eingefahrenen Betriebsposition.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Zweiwalzengiessmaschine als eine Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit den wesentlichen baulichen Komponenten zur Zuführung der Metallschmelze in die von zwei gegensinnig rotierenden Giesswalzen 1, 2 und an die Stirnseiten der Giesswalzen anpressbaren Seitenplatten 3 gebildeten Stranggiesskokille 4. Die Metallschmelze wird aus einem Schmelzenbehälter 5, der zumeist von einer auswechselbaren auf Gabelarmen 6 eines Pfannendrehturmes abgestützten Giesspfanne gebildet ist, durch ein Schattenrohr 7 in ein Verteilergefäss 8 übergeleitet. Dem Schattenrohr 7 ist ein Schieberverschluss 9 als Regelorgan für die Durchflussmenge bzw. Füllrate zugeordnet. Aus dem Verteilergefäss 8 strömt die Metallschmelze mengengeregelt durch ein Tauchgiessrohr 10 in den Formhohlraum 11 der Stranggiesskokille 4.
Dem Tauchgiessrohr 10 ist ebenfalls ein Schieberverschluss 12 zur Regelung der der Stranggiesskokille 4 zuzuführenden Schmelzenmenge zugeordnet. Die Verschlussorgane können auch von Stopfen gebildet werden, die, von oben durch das Schmelzenbad ragend, die Ausflussöffnung des jeweiligen Schmelzenbehälters regelbar verschliessen.
Die Menge der im Verteilergefäss 8 zwischengelagerten Metallschmelze wird während des kontinuierlichen Giessvorganges möglichst konstant gehalten. Dies wird erreicht, indem im Verteilergefäss eine vorbestimmte Giessspiegelhöhe h der Metallschmelze eingestellt wird und diese Giessspiegelhöhe durch eine Zuflussmengenregelung möglichst konstant gehalten wird. Eine weitgehend gleichmässige Giessspiegelhöhe sichert eine gleichmässige Schmelzenüberleitung in die Stranggiesskokille 4.
An den gekühlten Zylindermantelflächen der Giesswalzen 1,2 bilden sich im Schmelzenpool nicht dargestellte Strangschalen aus, die im engsten Querschnitt zwischen den Giesswalzen zu einem Metallstrang 13 vorbestimmter Dicke und Breite verwalzt werden.
Nach der Entleerung des Schmelzengefässes 5, wobei die die Metallschmelze im Schmelzengefäss bedeckende Schlacke möglichst nicht abfliessen soll, wird das leere Schmelzengefäss aus der Giessanlage entfernt und durch ein bereitgestelltes, gefülltes Schmelzengefäss mit für den Guss vorbereiteter Metallschmelze in der Giessanlage in Giessposition gebracht. Während der hierfür benötigten Zeitspanne von etwa 2 min wird der Giessvorgang in der Stranggiesskokille mit der im Verteilergefäss befindlichen Restschmelzenmenge fortgesetzt, wobei die Betriebsbadspiegelhöhe auf eine Minimalbadspiegelhöhe hpool,min absinkt, bei der das Schattenrohr jedoch immer noch in das Schmelzenbad eintaucht.
Damit wird bei Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss ein direktes Auftreffen der Metallschmelze auf die das Metallbad abdeckende Schlackenschicht und damit deren intensive Durchmischung vermieden.
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Der Füllvorgang des Verteilergefässes erfolgt nach einer möglichen Ausführungsvariante gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Füllkurvenverlauf. Im Verteilergefäss befindet sich eine Reststahlmenge, die einer Badspiegelhöhe hpool,min entspricht. Die Metallschmelze wird in einer ersten Füllphase (Zeitspanne to - t1) bei grösstmöglicher Öffnung des Schieberverschlusses in das Verteilergefäss geleitet, d. h. die Metallschmelze tritt mit maximaler Füllrate m fill,max in das Verteilergefäss ein.
Ab dem Erreichen einer Badspiegelhöhe hpool zum Zeitpunkt t1 wird die Füllrate im Wesentlichen kontinuierlich zurückgenommen, bis die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe hpooi.op erreicht ist, wobei während 70% bis 95% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hpool,opt die Zuflussrate in das Verteilergefäss kleiner dem Doppelten der Abflussrate aus dem Verteilergefäss ist. Zum Zeitpunkt t5 wird die stationäre Füllrate m st erreicht, die für den stationären Giessbetrieb charakteristisch ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines möglichen Füllkurvenverlaufes, wobei die
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annähernd maximaler Füllrate (mehr als 80% der maximalen Füllrate) erfolgt und nach Erreichen des Zeitpunktes t1 schrittweise in mehreren Stufen zurückgenommen wird, wobei die Reduzierung der Füllrate in den einzelnen Zeitpunkten t1 bis t5 so erfolgt, dass eine degressive Annäherung der Badspiegelhöhe hpool an die Betriebsbadspiegelhöhe hpool,op erfolgt. Zum Zeitpunkt t5 wird wiederum die stationäre Füllrate m st erreicht, die für den stationären Giessbetrieb charakteristisch ist.
Fig. 4 zeigt die Zunahme des Verteilergewichtes mv über die Füllzeit, ausgehend von einem Verteilergewicht mo, welches dem Leergewicht des Verteilergefässes und dem Gewicht der im Verteilergefäss verbliebenen Restschmelzenmenge entspricht, bis zum Verteilergewicht m5, das mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hpool,op erzielt wird.
Diese dargestellten Füllkurvenverläufe nach den Fig. 2 und 3 begünstigen bereits während des kontinuierlichen Füllvorganges ein Abklingen der heftigen Badbewegung im Verteilergefäss und beruhigen insbesondere die Metallbadoberfläche.
Diese Beruhigungsphase im Verteilergefäss kann zusätzlich verstärkt werden, indem nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe die Schmelzenzufuhr kurzzeitig unterbrochen wird. Innerhalb dieser Zeitspanne oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt kann bei Bedarf eine ergänzende Aufgabe eines Abdeckmittels auf die Metallbadoberfläche erfolgen, die mit einer halb- oder vollautomatischen Aufgabeeinrichtung 15 erfolgt (Fig. 1), deren Auslassöffnung oberhalb des Badspiegels in einen oder mehrere Bereiche des Verteilergefässes mit wenig Oberflächenturbulenzen mündet. Das feinkörnige bis staubförmige Abdeckmittel wird in einem kontinuierlichen Rieselvorgang auf die Metallschmelze aufgebracht und soll eine vollständige Abdeckung des Metallbades im Verteilergefäss sicherstellen.
Zusätzlich ist das Verteilergefäss 8 mit einem Verteilerdeckel 16 abgedeckt, mit dem der Innenraum des Verteilergefässes gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt wird. Damit wird auch die Möglichkeit gegeben, noch vor der Zufuhr von Metallschmelze, insbesondere bei der Erstfüllung des Verteilergefässes, eine Inertisierung des Innenraumes durchzuführen.
Mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe beginnt die Wiedereinleitung des kontinuierlichen Giessbetriebes. Hierbei wird die Menge der dem Verteilergefäss zugeführten Metallschmelze in Abhängigkeit von der aus dem Verteilergefäss in die Stranggiesskokille eingeleiteten Schmelzenmenge eingestellt bzw. geregelt. Abweichungen der Badspiegelhöhe von der gewünschten quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe werden über eine Verteilergewichtsmessung erfasst. Dadurch wird kontinuierlich eine für die Badspiegelhöhe charakteristische Messgrösse ermittelt und in einem Zuflussregelkreis zur Regelung der zufliessenden Metallschmelzenmenge als Stell- oder Regelgrösse herangezogen.
Das Verteilergefäss 8 ist hierzu über Messzellen 17 auf einem Traggerüst 18, beispielsweise einem verfahrbaren Verteilerwa-
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gen, abgestützt (Fig.1).
In Fig. 5a ist das erfindungsgemässe Sequenzgiessverfahren am Beispiel einer StahlbandGiessanlage dargestellt, wobei über einer Zeitachse der Verlauf charakteristischer Kenngrössen,
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#mold mit einem zeitlichen Vorlauf, beginnend vor der Durchführung des Wechsels eines Schmelzengefässes, und mit einem zeitlichen Nachlauf, nach Wiederbeginn des stationären Giessbetriebes, veranschaulicht ist. Bereits vor Beginn des Gefässwechsels werden Massnahmen gesetzt, die die Überbrückung der Wechselzeit von etwa 2 min erleichtern, indem die verfügbare Schmelzenmenge im Verteilergefäss erhöht wird.
Dies erfolgt durch eine Steigerung der Füllrate # tadle, indem der Schieberverschluss an der Schmelzenpfanne weiter geöffnet wird, wodurch mehr Metallschmelze in das Verteilergefäss zufliesst als gleichzeitig in die Stranggiesskokille abfliesst. Dadurch steigt das Verteilergewicht auf etwa das 1,1-fache des Verteilergewichtes beim stationären Giessbetrieb. Während des unmittelbar nachfolgenden Pfannenwechsels beträgt die Füllrate im Verteilergefäss: # tadle = 0. Parallel wird die Giessgeschwindigkeit in der Bandgiessmaschine reduziert und gegebenenfalls der Giessspiegel in der Kokille abgesenkt, sodass der Giessvorgang in der Stranggiesskokille mit einer reduzierten Füllrate m mould aufrecht erhalten wird.
Sobald der Wechsel des Schmelzengefässes abgeschlossen ist, wird über eine Zeitspanne von ungefähr 10 min der quasi-stationäre Betriebszustand im Verteilergefäss wieder hergestellt, indem bis zu einem Zeitpunkt t1 mit maximaler oder annähernd maximaler Füllrate Metallschmelze in das Verteilergefäss eingebracht wird und nachfolgend, einem degressiven Kurvenverlauf folgend, die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe angefahren. Die Giessspiegelhöhe im Verteilergefäss, die indirekt durch eine Gewichtsmessung ermittelt wird, folgt dem Kurvenverlauf Wtundish und zeigt vor dem Gefässwechsel den gewünschten Anstieg im Sinne einer Bevorratung und den anschliessenden Abfall auf einen Wert von etwa 80% des Verteilergewichtes bzw. der Betriebsbadspiegelhöhe bis zum Abschluss des Pfannenwechsels.
Nach einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 5b veranschaulicht ist, erfolgt die Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäss mit einer wesentlich reduzierten Füllrate
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spricht. Diese reduzierte Füllrate kann zweckmässig innerhalb einer Bandbreite des 0,5 bis zweifachen der Füllrate m ladle,opt liegen. Die Füllrate wird über einen weiten Bereich der Zeitspanne zur Wiederauffüllung des Verteilergefässes annähernd konstant gehalten. Der grundlegende Vorteil dieser Variante liegt in der wesentlich geringeren Einströmgeschwindigkeit der Metallschmelze in das Zwischengefäss und damit ergeben sich wesentlich geringere Oberflächenturbulenzen am Metallbad.
Die Strömungsgeschwindigkeit bleibt klein genug, um eine gute Abscheiderate der nichtmetallischen Einschlüsse in die Schlackenschicht zu gewährleisten und den Wiedereintrag von Schlacke zu vermeiden. Allerdings erhöht sich andererseits die Zeitspanne für das Wiederauffüllen des Verteilergefässes auf bis zu 25 min bei gleichzeitig reduzierter Füllrate in der Kokille. Je nach zu vergiessender Stahlqualität und Produktanforderungen kann ein zweckmässiger Füllratenverlauf gewählt werden, der zwischen den in Fig. 5a und Fig. 5b dargestellten Ausführungsformen liegt.
In Fig. 6 ist eine Möglichkeit aufgezeigt, die den Eintrag von auf das Schmelzenbad aufgebrachten Abdeckmittel in das Innere des Schmelzenbades entlang oder im Nahbereich der Aussenwand des Schattenrohres weitgehend ausschliessen soll. Zu der bereits im Verteilergefäss 8 angesammelten Metallschmelze strömt durch das vertikal in die Schmelze eintauchende Schattenrohr 7 Metallschmelze kontinuierlich aus dem Schmelzenbehälter 5 zu. Die einströmende Metallschmelze erzeugt eine Sogwirkung entlang des Schattenrohres und gegebenenfalls in diesem Bereich gesammelte Schlacke / Abdeckmittel wird nach unten in die Metallschmelze gezogen. Mit einer Abdeckung 21, die topfförmig ausgebildet ist, die das Schattenrohr mit radialem Abstand zu diesem umgibt und von oben in die Metallschmelze ragt, wird die gebildete Schlackenschicht 20 vom kritischen Bereich nahe dem Schattenrohr ferngehalten.
Das Innere dieser Abdeckung kann bei Bedarf über die Schutzgasleitung 22 inertisiert werden. Zweckmä- #ig reicht diese Abdeckung so weit in das Schmelzenbad, dass auch bei minimaler Badspiegel-
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höhe hmin das Eintauchen des Schattenrohres gewährleistet ist. Zur fortlaufenden Aufrechterhaltung der Funktion der Abdeckung 21 ist es wesentlich, dass die aktuelle Badspiegelhöhe während des Wechsels des Schmelzengefässes nicht unter den Wert hmin fällt, d. h. es ist zwingend notwendig, dass die Unterkante der Abdeckung 21 stets in das Schmelzenbad eintaucht.
Dem Schattenrohr 7 liegt in Ausströmrichtung der Metallschmelze ein strömungsdämpfendes Element 23 (Turbostop) im Verteilergefäss fest verankert gegenüber, wodurch der in das Verteilergefäss einströmende Flüssigmetallstrahl stark abgebremst wird.
Das beschriebene Sequenzgiessverfahren hat sich als besonders erfolgreich in Verbindung mit einem Verteilergefäss gezeigt, welches in der WO 03/051560 beschrieben ist und eine Geometrie aufweist, die die Abscheidung von schmelzenfremden Partikeln besonders fördert.
In den Fig. 7a und 7b ist eine vertikal bewegbare Abteilplatte 24 in zwei Betriebspositionen in Verbindung mit dem Verteilergefäss 8 dargestellt. Durch diese Ausführungsform soll eine funktionelle Trennung im Verteilergefäss erreicht werden. Fig. 7a zeigt den Betriebszustand im Verteilergefäss unmittelbar vor dem Wiederanguss mit einem neuen Schmelzengefäss. Die im Verteilergefäss noch vorrätige Metallschmelze ist mit einem Abdeckmittel bedeckt und fliesst mit einer der reduzierten Giessgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit ab. Die Abteilplatte befindet sich noch in einer angehobenen Position und wird in das Verteilergefäss abgesenkt, um es, wie in Fig. 7b dargestellt, in zwei Bereiche zu teilen.
Mit der eingefahrenen Abteilplatte werden nachteilige Auswirkungen während der ersten Füllphase, die mit maximaler oder annähernd maximaler Füllrate erfolgt, auf die gesamte im Verteilergefäss befindliche Schmelzenmenge verhindert, zumindest jedoch stark reduziert. Einem ersten Bereich 25 ist die Schmelzenzufuhr zugeordnet, einem zweiten Bereich 26 ist die Ableitung der Schmelze in die Stranggiesskokille zugeordnet. Im ersten Bereich 25, erfolgt eine wesentliche Beruhigung des Schmelzenbades und die Abscheidung eines Grossteils der schmelzenfremden Partikel an die Schlackenschicht im ersten Bereich. Im zweiten Bereich 26 erfolgt die Abscheidung von Restbeständen von in der Metallschmelze noch enthaltenen Fremdpartikel in die das Metallbad bedeckende Schlackenschicht.
Patentansprüche : 1. Sequenzgiessverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit aus einer Metallschmelze, vorzugsweise einer Stahlschmelze, wobei die
Metallschmelze von einem Schmelzenbehälter (5) geregelt einem Verteilergefäss (8) zuge- führt und von diesem Verteilergefäss geregelt in eine Stranggiesskokille (4) abgeführt wird und wobei die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss während dem Wechsel des
Schmelzengefässes unterbrochen wird, während die Zufuhr der Metallschmelze in die
Stranggiesskokille weitergeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass während einer Zeit- spanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss die Zu- flussrate in das Verteilergefäss grösser ist als die Abflussrate aus dem Verteilergefäss und wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere wäh- rend 70% bis 95%, dieser Zeitspanne die Zuflussrate in das Verteilergefäss kleiner oder gleich dem Doppelten, vorzugsweise kleiner oder gleich dem 1,5-fachen, der Abflussrate aus dem Verteilergefäss ist.