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.
Method and device for the continuous casting of steel The invention relates to a method for the continuous casting of steel, in which liquid steel is poured into a casting vessel and flows out through at least one opening in the bottom of the casting vessel into one or more molds, whereby before the steel is poured a closure body, which can be removed downwards through the opening, is introduced into the casting vessel,
at the start of casting, the closure body prevents the steel from flowing out for a while and during this time a height of steel allowing the separation of impurities is formed in the casting vessel and a device for carrying out the method.
During the production of strands, the liquid steel is poured into a pan and from there into a casting vessel, for example into an intermediate container. This steel then flows through one or more openings in the intermediate container into one or, in the case of multi-strand systems, into a number of molds.
At the beginning of the pouring of steel into the intermediate container, impurities flow with the steel, mainly slag particles, which either clog the pouring nozzle or enter the mold through the pouring nozzle and lead to a deterioration of the cast product.
To prevent the latter inconvenience, a channel is usually arranged between the intermediate container and the mold, which guide the steel that was first poured in and mixed with slug particles into one or more containers outside the mold, so that the impurities do not enter the mold but a considerable loss of metal occurs. Only when the pouring stream is well formed, for which a sufficiently large fill level in the intermediate container is necessary, is the channel swiveled out so that clean steel flows into the mold without fluttering the pouring stream.
In order to avoid the disadvantages of the stopper-actuated spout in the intermediate container, it is known that a closure body which can no longer be actuated from above is introduced into the opening of the intermediate container before pouring begins. The opening is usually formed by a pouring nozzle that is inserted into the refractory masonry in the bottom of the intermediate vessel. The closure body introduced into this opening has a shape adapted to it and consists of a material that can easily be melted by steel, for example lead.
The steel is poured from a pan into the intermediate vessel provided with the closure body, the steel from flowing into a mold is prevented for a while by the closure body.
With increasing pouring time, the metal height in the intermediate container increases and the specifically lighter slag particles and impurities that are poured in with the steel can be deposited upwards through the metal. As a result of the heat content of the relatively large amount of steel in the intermediate container, the solidified steel-slag mixture present on the intermediate container wall at the beginning of pouring is melted again and the slag particles can consequently rise upwards.
As the steel height rises, the state of aggregation of the closure body is changed from solid to liquid by the heat of the steel. Once the metal mirror has reached the desired height, i. H. the melting of the closure body has taken the predetermined time, the closure body becomes liquid and automatically opens the opening for the steel flow.
In practice, however, this method has disadvantages. As is known, the intermediate container must be preheated. Despite the fact that the closure body is inserted into the pouring opening shortly before the start of pouring, the melting time depends on the preheating temperature that differs from pour to pour and thus causes different metal level heights. But not only different preheating temperatures are uncomfortable, but also too low, because especially with small pouring nozzles, there is a risk of freezing them.
If the pan stopper takes longer to open for operational reasons and if the metal supply into the intermediate container is disrupted (the stopper sticks in the pan, etc.), the sealing material can flow out of the pouring opening before the steel is poured in.
To counter these disadvantages, the use of a sealing body for the meltable closure body is known. But this solution cannot be fully satisfactory either, because the steel does not flow out automatically, since sealing and removing the non-meltable closure part often causes difficulties. When removing the latter with the spouts immersed in the bath level of the mold, great difficulties arise because the accessibility to the sealing body is limited.
In addition, an automatically functioning pouring process is particularly important in multi-line systems.
It is the object of the present invention, avoiding the above disadvantages, to create a method and a device for an improved pouring technique in which an automatic sequence of the pouring process is achieved when the intermediate containers are preheated to a temperature that avoids freezing of the pouring nozzles.
This object is achieved in that the closure body, which essentially retains its solid state of aggregation during this time, is exposed to a thermal load that reduces its strength due to the effect of heat from the cast steel, and the closure effect is achieved by mechanical destruction of the closure body through the ferrostatic pressure generated during this time is eliminated.
The device for carrying out the method is characterized in that a plate-shaped closure body is arranged upstream of the narrowest flow cross-section of the opening of a pouring nozzle inserted in the bottom of the casting vessel.
The invention is in the description below, from which further features of the subject matter emerge, explained with reference to the figures.
It shows: FIG. 1 an arrangement of a pan of a partially cut intermediate container with an inserted closure body and a downstream mold.
Fig. 2 shows a further embodiment with an immersed spout and Fig. 3 shows the course of curves of the temperature of the closure body and the ferrostatic pressure acting on the closure body as a function of time during the pouring of the steel into the intermediate container.
Before the start of pouring, an opening 4 of a pouring nozzle 3 is closed by a plate-shaped closure body 1 shown in FIG. 1. The closure body 1 is arranged on the end face of the pouring nozzle 3, the latter usually being inserted into the masonry of a floor 5 of an intermediate container 6. The closure body 1 can, however, also be arranged in the constriction to the narrowest flow cross section 2.
The steel is poured from a pan 7 into the intermediate container 6 closed by the closure body 1, the outflow of the cast steel 8 into a mold 9 being prevented for a while. The closure body 1 is advantageously used below the upper delimiting surface 12 of the intermediate container bottom 5 in order to prevent it from being washed away when the steel is poured in.
As the pouring time increases, the steel height 11 in the intermediate container 6 increases and the specifically lighter slag particles and impurities cast with the steel can be deposited upwards through the steel during the time of the increasing metal height.
As a result of the heat content of the relatively large amount of steel in the intermediate vessel, the steel-slag mixture present on the intermediate vessel wall at the beginning of the pouring and solidified as a result of the rapid cooling - including residues of the casting ahead - is melted or dissolved and the slag particles will consequently rise upwards. The resulting ferrostatic pressure also creates a compact pouring stream and prevents the stream from fluttering when pouring without this pressure.
According to FIG. 2, a pouring pipe 13 is arranged downstream of the pouring nozzle. The steel flowing from the intermediate container into the mold 9 emerges from the pouring pipe 13 below the bath level 14 in the mold 9. Before the start of pouring, the closure body 1 is placed on the pouring nozzle in order to achieve the mentioned effects with regard to the separation of impurities.
In order to be able to bring about the time of the beginning of the outflow of the steel from the intermediate container into the mold with the necessary security, the closure body is, as shown in FIG. 3, on the one hand thermally loaded by the ferrostatic pressure p and on the other hand. This thermal load is achieved in that the closure body assumes a temperature T which reduces the strength of the closure body due to the heat effect of the steel flowing into the intermediate container.
In the example shown in FIG. 3, the mean temperature T of the closure body rises during the filling process, which takes 60 seconds, ie. H. from time t 'to t "from T' _ 20 C to T" = 1300 C.
Due to this thermal load, the strength of the closure body is reduced to such an extent that the ferrostatic pressure present after the desired period of time for the filling process becomes effective and the closure effect of the closure body 1 is eliminated, so that clean steel is poured into the The mold flows.
In the example shown, the ferrostatic pressure rises uniformly during this time from p '= 0 atm to a pressure p "= 0.3 atm corresponding to a steel height 11 of approximately 400 mm. For this example, a plate-shaped sealing body made of asbestos with an outer diameter of 80 mm is used and a thickness of 3 mm is used in connection with a pouring nozzle, the narrowest flow cross-section of which is 15 mm. In the time segment from t 'to t ", the closure body 1 maintains its solid state of aggregation.
The heat of the steel upstream of the closure body is consequently used in its entirety to heat the closure body. Certain types of asbestos have a slightly lower melting point than steel. It can therefore happen that a very small part of the asbestos, but not essential for the pouring process, is melted. Instead of the asbestos closure body, a plate made of refractory material, such as that of the pouring nozzle, with an outer diameter of 80 mm and a thickness of 0.9 mm can be used.
According to another application example of the inventive concept, when the steel is poured into the intermediate container, the closure body 1 is only exposed to thermal stress after a certain time after the start of pouring. For this example, as shown in FIG. 3, the mean temperature T 1 of the closure body remains approximately constant during the time segment t'-t1 while it rises to the value T "in the time segment t1-t" '. The pressure at this point is p "'.
Such a load can be achieved by pouring a material which retards the thermal load on the closure body, for example sand, if necessary in an even layer, for example 6-8 mm, before pouring. This avoids with the greatest possible certainty that the closure body is triggered prematurely and contaminated steel gets into the mold.
The invention is not limited to the examples given above; Thus, closure bodies made of other materials can also be used, in which mechanical destruction due to the ferrostatic pressure in connection with the thermal load is guaranteed.
When casting slabs, the steel is poured into the mold through several spouts, for example pouring pipes dipping into the steel surface of the mold - the middle one of which works together with a plug control. In this case, the two outer spouts are advantageously closed with an asbestos sheet before casting.
Although the present invention is a practically absolutely automatic table. Initiation of the outflow of steel from the intermediate container is achieved, it can happen, for. B. if the steel is too cold that no automatic mechanical destruction of the closure body takes place. In these few cases, the steel outflow can be initiated by inserting an object with a point, for example a bent metal rod.