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 Giess- gefäss eingebracht,
bei Giessbeginn durch den Ver- schlusskörper das Ausfliessen des Stahles eine Zeitlang verhindert und während dieser Zeit eine die Abschei- dung von Verunreinigungen ermöglichende Stahlhöhe im Giessgefäss gebildet wird 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 Zwischenbehäl ter fliesst dieser Stahl hierauf in eine bzw. bei Mehr stranganlagen, in eine Anzahl von Kokillen.
Zu Beginn des Eingiessens von Stahl in den Zwi schenbehälter 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 Zwischenbe hälter und er Kokille eine Rinne angeordnet, die den beim Angiessen zuerst eingeflossenen, mit Schlaken- teilchen vermischten Stahl in einen oder mehrere Behäl ter ausserhalb der Kokille leiten,wodurch die Verunrei nigungen nicht in die Kokille gelangen, jedoch ein beträchtlicher Metallverlust entsteht. Erst bei gut ausge bildetem Giesstrahl, wozu auch eine genügend grosse Füllhöhe im 'Zwischenbehälter nötig ist, wird die Rinne ausgeschwenkt, so dass sauberer Stahl in nicht flattern dem Giesstrahl 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 Mauer werk 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, beispielswei se 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 Zeitlang verhindert wird.
Mit zunehmender Eingiessdauer steigt die Metallhö he im Zwischenbehälter und die mit dem Stahl eingegos senen, spezifisch leichteren Schlackenteilchen und Ver unreinigungen können sich durch das Metall nach oben abscheiden. Infolge des Wärmeinhaltes der relativ gros sen, sich im Zwischenbehälter befindenden Stahlmenge wird auch die an der Zwischenbehälterwandung bei Beginn des Eingiessens vorhandene erstarrte Stahl- Schlackenmischung wieder aufgeschmolzen und die Schlackenteilchen können infolgedessen nach oben auf steigen.
Während des Ansteigens der Stahlhöhe wird der Aggregatszustand des Verschlusskörpers durch die Wär me 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 Verschlusskörper flüssig und gibt die Öffnung für den Stahldurchfluss selbsttätig frei.
In der Praxis ist aber dieses Verfahren mit Nachtei len 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 kleine Ausgussdüsen, die Gefahr des Zufrierens dersel ben 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 Verschlussmate- rial vor dem Eingiessen des Stahles aus der Ausgussöff- nung ausfliessen.
Um diesen Nachteilen zu begegnen ist die Anwendung eines Dichtkörpers zum aufschmelzbaren Verschlusskör- per 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 entste hen grosse Schwierigkeiten, weil die Zugänglichkeit zum Dichtkörper beschränkt ist.
Im weiteren ist bei Mehr stranganlagen aber ein selbsttätig funktionierender Aus- gussvorgang besonders wichtig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der obigen Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine verbesserte Angiesstechnik zu schaffen, bei der ein selbsttätiger Ablauf de Angiessvor- ganges bei einer Vorwärmung der Zwischenbehälter auf eine das Zufrieren der Ausgussdüsen vermeidende Tem peratur erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der wäh rend dieser Zeit seinen festen Aggregatzustand im wesentlichen beibehaltende Verschlusskörper einer durch die Wärmeeinwirkung des eingegossenen Stahles auftretende, seine Festigkeit reduzierende thermischen Belastung ausgesetzt und die Verschlusswirkung mittels mechanischer Zerstörung des Verschlusskörpers durch den während dieser Zeit gebildeten ferrostatischen Druck beseitigt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenförmiger Verschlusskörper dem engsten Durchflussquerschnitt der Öffnung einer im Boden des Giessgefässes eingesetzten Ausgussdüse vorgeordnet ist.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschrei bung, aus der weitere Merkmale des Erfindungsgegen standes hervorgehen, anhand der Figuren erläutert.
Es zeigt: 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 Drucks in Funktion der Zeit während des Eingiessens des Stahles in den Zwi schenbehälter.
Vor Giessbeginn wird durch einen in Fig. 1 gezeigten plattenförmigen Verschlusskörper 1 eine Öffnung 4 einer Ausgussdüse 3 verschlossen. Der Verschlusskörper 1 ist auf der Stirnseite der Ausgussdüse 3 angeordnet, welch letztere üblicherweise in das Mauerwerk eines Bodens 5 eines Zwischenbehälters 6 eingesetzt wird. Der Ver- schlusskörper 1 kann aber auch in der Verengung zum engsten Durchflussquerschnitt 2 angeordnet sein.
Der Stahl wird von einer Pfanne 7 in den durch den Verschlusskörper 1 verschlossenen Zwischenbehälter 6 gegossen, wobei das Ausfliessen des eingegossenen Stah les 8 in eine Kokille 9 eine Zeitlang verhindert wird. Der Verschlusskörper 1 wird vorteilhafterweise unterhalb der oberen Begrenzungsfläche 12 des Zwischenbehälterbo- dens 5 eingesetzt, um ein Wegschwemmen desselben beim Eingiessen des Stahles zu verhindern.
Mit zuneh mender Eingiessdauer steigt die Stahlhöhe 11 im Zwi schenbehälter 6 und die mit dem Stahl eingegossenen, spe zifisch leichteren Schlackenteilchen und Verunreinigun gen können während der Zeit der steigenden Metallhöhe sich durch den Stahl nach oben abscheiden.
Infolge des Wärmeinhaltes der relativ grossen, sich im Zwischenge fäss befindenden Stahlmenge, wird auch die an der Zwischengefässwandung bei Beginn des Eingiessens vor handene und infolge der raschen Abkühlung erstarrte Stahl-Schlackenmischung - auch Rückstände des vor angehenden Gusses - wie der aufgeschmolzen bzw. gelöst und die Schlackenteilchen werden infolgedessen nach oben aufsteigen. Auch bewirkt der entstandene ferrostatische Druck einen kompakten Giesstrahl 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 1 auf die Aus- gussdüse eingebracht, um die erwähnten Wirkungen bezüglich der Abscheidung von Verunreinigungen zu erreichen.
Um mit der notwendigen Sicherheit den Zeitpunkt des Beginn des Ausfliessens das Stahles aus dem Zwi schenbehälter in die Kokille herbeiführen zu können, wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, der Verschlusskörper einerseits durch den ferrostatischen Druck p und ande rerseits thermisch belastet. Diese thermische Belastung wird erreicht, indem der Verschlusskörper durch die Wärmeeinwirkung des in den Zwischenbehälter einflies senden Stahles eine die Festigkeit des Verschlusskörpers reduzierende Temperatur T annimmt.
Im in Fig. 3 gezeigten Beispiel steigt die mittlere Temperatur T des Verschlusskörpers während des 60 Sekunden dauernden Einfüllvorganges, d. h. von der Zeit 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 wirk sam wird und die Verschlusswirkung des Verschlusskör- per 1 beseitigt, so dass sauberer Stahl in einem einwand freien Giesstrahl in die Kokille fliesst.
Im gezeigten Beispiel steigt der ferrostatische Druck während dieser Zeit gleichmässig von p' = 0 atü auf einen einer Stahlhöhe 11 von ungefähr 400 mm entspre chenden Druck p" = 0,3 atü. Für dieses Beispiel wird ein plattenförmiger Verschlusskörper aus Asbest von 80 mm Aussendurchmesser und einer Dicke von 3 mm im Zusammenhang mit einer Ausgussdüse verwendet, deren engster Durchflussquerschnitt 15 mm beträgt. Im Zeit abschnitt von t' bis t" behält der Verschlusskörper 1 sei nen festen Aggregatzustand bei.
Die Wärme des dem Verschlusskörper vorgelagerten Stahls wird demzufolge vollumfänglich für die Aufheizung des Verschlusskör- pers benutzt. Gewisse Asbestarten haben einen etwas tieferen Schmelzpunkt als Stahl. Es kann deshalb vor kommen, dass ein sehr geringer, für den Ablauf des Angiessvorganges aber nicht wesentlicher Teil des Asbests aufgeschmolzen wird. Anstelle des Asbest Verschlusskörpers kann eine Platte aus feuerfestem Material, wie beispielsweise dasjenige der Ausgussdüse, von 80 mm Aussendurchmesser und einer Dicke von 0,9 mm verwendet werden.
Gemäss einem anderen Anwendungsbeispiel des Er findungsgedankens soll beim Eingiessen des Stahles in den Zwischenbehälter der Verschlusskörper 1 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 T, des Verschlusskörpers während des Zeitabschnitts t' - t1 annähernd konstant während sie im Zeitabschnitt t1 - t"' auf den Wert T" ansteigt. Der Druck ist zu diesem Zeitpunkt p"'.
Eine solche Bela stung kann erreicht werden, indem vor dem Eingiessen ein die thermische Belastung des Verschlusskörpers verzögerndes Material, beispielsweise Sand, gegebenen falls in einer gleichmässigen Schicht, von beispielsweise 6-8 mm, eingeschüttet wird. Dadurch wird mit grösst- möglicher Sicherheit vermieden, dass der Verschlusskör- per vorzeitig ausgelöst wird und verunreinigter Stahl in die Kokille gelangt.
Die Erfindung erschöpft sich nicht in den oben angeführten Beispielen; so können auch Verschlusskör- per aus anderen Materialien angewendet werden, bei welchen eine mechanische Zerstörung infolge des ferro- statischen 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 vorteilhafter weise die beiden äusseren Ausgüsse vor dem Angiessen mit einer Asbestplatte verschlossen.
Obwohl durch die vorliegende Erfindung eine prak tisch absolut selbsttätige. Einleitung des Ausflusses des Stahles aus dem Zwischenbehälter erreicht wird, kann es vorkommen, z. B. wenn der Stahl zu kalt ist, dass keine selbsttätige mechanische Zerstörung des Verschlusskör- pers stattfindet. In diesen wenigen Fällen kann durch Einführen eines eine Spitze aufweisenden Gegenstandes, beispielsweise einer abgekröpften Metallstange der Stahl- ausfluss eingeleitet werden.