CH626822A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in bekannter Weise — (DE-AS 1 812 102) — in eine Kokille zuerst flüssiger Stahl eingegossen, anschliessend auf diesen eine Schlackenmischung aufgebracht und dieser Schlackenmischung während der Erstarrung des Stahles in der Kokille Energie zugeführt wird, die vorteilhaft mindestens 120 kWh je Tonne Blockgewicht entspricht. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann eine Vorrichtung verwendet werden, bei der ein

Aufsatz mit gekühlten Wänden, die schräg ausgebildet sein können, auf die Mündung der Kokille aufgesetzt wird.

Bei der Erzeugung grösserer Blöcke mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann es insofern zu Schwierigkeiten kommen, als die notwendige hohe Energiezufuhr zur Schlacke nicht während der ganzen Erstarrungszeit beibehalten werden kann. Während der Erstarrung des Stahles und der Abkühlung der erstarrten Aussenschale kommt es zu einer Schrumpfung des Blockes, wobei sich der Blockdurchmesser verringert. Dadurch bildet sich zwischen der Wand der Kokille und der bereits erstarrten festen Schale des Blockes ein Spalt, in welchen die flüssige Schlacke aus dem Aufsatz einfliesst. Als Folge davon verringert sich die Höhe des im Aufsatz zurückbleibenden Schlackenbades und somit der für die Freisetzung von Joulescher Wärme verfügbare elektrische Widerstand; es wird weniger Joulesche Wärme entwickelt und es kann zu einem unruhigen Verfahrensablauf kommen, was zu einer Lunkerbildung im Blockkopf und zu einer Blockseigerung führt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Dichtung bzw. ein Hindernis zu schaffen, durch welches flüssige Arbeitsschlacke aus dem Kokillenaufsatz in den bei Blockschrumpfung entstehenden Spalt zwischen Kokillenwand und Blockschale nicht eindringen kann.

Die Schlackenbadhöhe im Kokillenaufsatz und die elektrotechnischen Widerstandswerte der Arbeitsschlacke sollen im wesentlichen konstant gehalten werden. Da sich bei Gussblökken während der Erstarrung nicht nur ihr Durchmesser verringert, sondern auch in vertikaler Richtung eine Verkürzung stattfindet, ergibt sich ein spezielles, durch die Erfindung zu lösendes Problem.

Die Erfindung, mit der dieses Problem gelöst wird, besteht bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art darin, dass die obere an die Schlacke angrenzende Randzone des flüssigen Stahles gekühlt wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Stahl nach Füllen der Kokille in den Aufsatz nachgegossen werden, so dass sich der Stahlspiegel im Bereich gekühlter Wände des Aufsatzes, d.h. auf einem Niveau etwas oberhalb der Kokillenöffnung befindet. Dabei erstarrt die Randzone des Stahles an der Berührungsfläche mit den gekühlten Seitenwänden des Aufsatzes sofort. Wenn nun bei der Kontraktion des erstarrenden Blockes sich ein Spalt zwischen der Blockschale und den Seitenwänden des Aufsatzes bildet, erstarrt die eindringende Schlacke und bildet einen Dichtungspfropfen am Eingang des Spaltes, durch den weitere Schlacke nicht nachflies-sen kann. Der so entstandene ringförmige Dichtungspfropfen behindert in keiner Weise den Ablauf der metallurgischen Reaktionen im Bereich der flüssigen Schlacke, die weiterhin auf hoher Temperatur gehalten wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch durchführbar, ohne den flüssigen Stahl bis in den Aufsatz nachzugiessen, und zwar mit einem auf die Kokille aufsetzbaren Aufsatz, der einen ringförmigen bis unter den Spiegel des in die Kokille eingegossenen Stahles reichenden Fortsatz mit vorzugsweise konischem Profil aufweist.

Bei Ausbildung des Fortsatzes mit konischem Profil weist die der Kokilleninnenwand zugewandte Kegelfläche des Fortsatzes vorteilhaft eine Neigung tga auf, die mindestens

2. Jri beträgt, wobei DKok den Durchmesser der Kokille und H die Blockhöhe bedeuten.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch vorteilhaft durchführbar mit einer Vorrichtung, die einen am Kokillenrand mittels lösbarer Verbindungsmittel zu befestigenden Aufsatz aufweist. Die Verbindungsmittel können als Kurbeltriebe ausgebildet sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sobald die Blockschale genügend stark ist, die lösbaren Ver5

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bindungen gelöst werden können, worauf der Aufsatz von der Blockschale getragen wird.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann auch eine Vorrichtung angewendet werden, mit welcher nach dem Ein-giessen des flüssigen Stahles in die Kokille der Aufsatz bis zum Eintauchen in den flüssigen Stahl abgesenkt und so lange gehalten wird, bis eine den Aufsatz tragende Blockschale gebildet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung besteht darin, dass am Aufsatz Verankerungsglieder, wie Zuganker od.dgl., befestigt sind, deren vorzugsweise hammerkopfförmig ausgebildetes Ende unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht.

Schliesslich kann auch ein Aufsatz verwendet werden, der aus einer Metallform besteht, die mit ihrem unteren Rand in den flüssigen Stahl reicht. Die-Metallform kann teilweise feuerfest ausgekleidet sein. Bei Verwendung einer solchen Vorrichtung erfolgt die Kühlung an der eintauchenden Ringfläche durch das Wärmeschluckvermögen der Metallform.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung sind in der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen die Fig. 1 bis 5 verschiedene Modifikationen der Vorrichtung jeweils im Vertikalschnitt.

In Fig. 1 ist auf eine Bodenplatte 1 die Stahlwerkskokille 2 aufgesetzt, auf deren oberer Öffnung ein wassergekühlter Aufsatz 3 aufgesetzt ist. Die Kokille wird mit flüssigem Stahl

4 gefüllt und weiterer Stahl wird nachgegossen, bis der Spiegel

5 des Stahles im Bereich der gekühlten Innenwände des Aufsatzes 3, also ein kurzes Stück oberhalb der Kokillenöffnung 6, sich befindet. Dann wird vorbereitete flüssige Schlacke 7 in den Aufsatz eingebracht und eine Elektrode 8, die an eine Stromquelle 9 angeschlossen ist, in das Schlackenbad eingetaucht. Die Beheizung der Schlacke erfolgt durch Widerstandserwärmung. An der Berührungsfläche der Randzone des Stahles mit den gekühlten Innenwänden des Aufsatzes 3, welche Berührungsfläche sich entlang der Punkte A-B erstreckt, erfolgt eine intensive Kühlung. Der Block schrumpft, und die zwischen A und B gekühlte Blockschale verlagert sich durch das Schrumpfen nach A' und B'. In den entstehenden Ringspalt dringt Schlacke ein; sie erstarrt jedoch am Eingang des Spaltes und bildet eine Dichtung 10 für nachfliessende Schlak-ke. Die Schlackenbadhöhe im Aufsatz 3 wird durch diese Pfropfenbildung nicht beeinflusst und die elektrotechnischen Bedingungen für die Bildung Joulescher Wärme bleiben unbe-einflusst. So können die erforderliche Energiezufuhr und die davon abhängigen metallurgischen Wirkungen über lange Zeiträume konstant aufrechterhalten werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird ein gekühlter Aufsatz 3 auf die Kokille 2 gesetzt, der einen nach unten reichenden ringförmigen Fortsatz 11 aufweist, welcher nach Füllen der Kokille mit Stahl unter den Stahlspiegel reicht. Dieser ringförmige Fortsatz ist konisch ausgebildet, wobei die Kegelfläche 12 zweckmässig eine bestimmte Neigung besitzt. Die Kegelfläche 12 des Ringes 11 schliesst gegenüber der Vertikalen einen Winkel a ein, der sich aus der Blockhöhe und dem oberen Blockdurchmesser ergibt. Der Tangens dieses Winkels a soll vorteilhafterweise mindestens ^ betragen.

Nach dem Aufsetzen des Aufsatzes 3 auf den oberen Rand der Kokille 2 wird diese mit flüssigem Stahl gefüllt, so dass der Fortsatz 11 in die Randzone des flüssigen Stahles eintaucht.

Zunächst erfolgt die Abkühlung längs der Linie A-C. Durch die Schrumpfung während der Blockerstarrung ändert die äussere Zone des Blockkopfes ihre Lage. Der Punkt C verlagert sich nach vollständigem Festwerden schräg nach unten bis C'. Bei der Erstarrung wandert die äussere Kopfzone des Blockes, die durch den Punkt C veranschaulicht ist, immer nahe der Kegelfläche des gekühlten Aufsatzes, d. h. zwischen der sich verkleinernden Blockschale und der Kegelfläche 12, so dass kein breiter werdender Spalt entsteht. In den schmalen Spalt 13 fliesst Schlacke ein, erstarrt und bildet einen Dichtungspfropfen 10.

5 Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist auf die obere Öffnung der Kokille ein gekühlter Aufsatz 14 gesetzt, bei dem wieder ein nach unten ragender ringförmiger Fortsatz 15 vorgesehen ist, der nach Füllen der Kokille unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform wird der Aufsatz mittels io lösbarer Verbindungen, die als Kurbeltriebe 16 ausgebildet sein können, am Kokillenrand befestigt.

Der in Fig. 3 dargestellte Aufsatz 14 kann auch nach dem Eingiessen des flüssigen Stahles in die Kokille 2 mittels einer Einrichtung bis zum Eintauchen in den flüssigen Stahl abge-i5 senkt und gehalten werden.

Sobald die Blockschale 17 genügend stark ist, werden die Verbindungen 16 gelöst, so dass der Aufsatz 14 von der Blockschale selbst getragen wird und dadurch automatisch die Höhenverminderung des erstarrenden Blockes beim Schrump-20 fen mitmacht. Dadurch ist gegebenenfalls nur die Bildung eines geringen Spaltes zwischen Gussblock und Blockaufsatz möglich, wobei auch eine Anpressung desselben durch Gewichte oder Vorrichtungen erfolgen kann. Im übrigen ist die Funktion die gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2, 25 d. h. kurz nach Bildung der Blockschale wird der entstehende Spalt zwischen Ringflächen des Aufsatzes und der zurückweichenden Blockkopffläche durch einen Schlackenpfropfen gedichtet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird ebenfalls ein 30 Aufsatz 14 verwendet, der mit lösbaren Verbindungsmitteln 16 an der Kokille 2 befestigbar ist oder von einer Einrichtung gehalten wird und der einen ringförmigen Fortsatz 15 aufweist, der nach Füllen der Kokille 2 oder Absenken des Aufsatzes 14 unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform ist 35 der Aufsatz 14 mit einem gelenkigen Zuganker 18 verbunden, dessen unterer Teil 19 hammerkopfförmig ausgebildet ist. Dieser Teil reicht bis unter den Stahlspiegel und wird, sobald die Strangschale 17 erstarrt ist, in dieser verankert. Dann werden die Verbindungsmittel 16 gelöst. Die gekühlte aufsatzförmige 40 Vorrichtung 14 wird somit von der Strangschale 17 getragen und macht die Verlagerungen des Blockkopfes beim Schwinden mit. Die Bildung der Dichtung erfolgt auch bei dieser Ausführungsform in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3.

45 Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird ein Aufsatz verwendet, der bis zur Erreichung einer genügenden Tragfähigkeit der Blockschale 17 durch lösbare Verbindungsmittel 16 . an der Kokille befestigbar ist. Der Aufsatz besteht aus einer Metallform 20, welche an ihrer Innenseite mit feuerfesten Maso terialien 21 ausgekleidet ist. Diese Auskleidung wirkt wärmeisolierend und ist gegen den chemischen Angriff der Schlacke zumindest für die Zeit der Blockerstarrung so weit beständig, dass ein vollkommenes Auflösen derselben und damit eine Be-' Schädigung der Metallform durch die heisse Schlacke vermie-55 den wird. Die Kokille wird so weit gefüllt, dass der untere Teil des ringförmigen Einsatzes in den flüssigen Stahl reicht. An der eintauchenden Ringfläche der Metallform 20 entsteht durch deren Wärmeschluckvermögen eine Verdickung der Blockschale 17. Nach Erreichung einer genügenden Tragfähig-60 keit der Blockschale werden die Verbindungen 16 zur Kokille 2 gelöst, so dass der Aufsatz ohne Behinderung eine Verkleinerung der Blockhöhe während der Blockerstarrung mitmacht.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die folgenden Anwendungsbeispiele näher erläutert:

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Beispiel 1

Mit einer Einrichtung wie in Fig. 1 dargestellt, wurde ein 19,5-t-Schmiedeblock hergestellt. Die Kokille war polygonal

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ausgeführt und hatte an ihrem oberen Ende einen minimalen Innendurchmesser des Polygons von 1305 mm und einen maximalen Innendurchmesser von 1455 mm.

Der Block wurde steigend vergossen. Nach dem Füllen der Stahlwerkskokille wurde noch Stahl nachgegossen, bis der Stahlspiegel 100 mm in den Bereich der gekühlten Aufsatzwände gestiegen war. Dadurch ergab sich (wegen der Polygonalausführung der Kokille) ein gekühlter Kreisring mit einer maximalen Dicke von 370 mm und einer minimalen Dicke von 290 mm, der einen mittleren Durchmesser von 1100 mm aufwies. Flüssige Schlacke wurde in den Kokillenaufsatz eingebracht. Die Schlackenbadhöhe betrug 18 cm. Die Energiezufuhr zu dem Schlackenbad mit mehr als 120 kWh/t wurde für einen Zeitraum von 11 Stunden aufrechterhalten.

Der gekühlte Aufsatz wurde sodann abgenommen und es wurde festgestellt, dass der Durchmesser des Blockes sich während der Erstarrung um 48 mm verkleinert hatte; die Höhe war, verglichen mit der Kokille, um 67 mm geringer. Die gekühlte Fläche entlang A-B des Aufsatzes bzw. die Kühlung vor dem Abheben des Blockes auf der Fläche entlang A—B verhinderte ein Einlaufen der Schlacke in den Spalt zwischen Kokille und Blockschale.

Beispiel 2

Mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wurde ein 43-t-Block erzeugt. Die ringförmige Kegelfläche des Fortsatzes hatte zur vertikalen Blockachse eine Neigung a von etwa 22°. Der obere Durchmesser der Polygonalkokille betrug maximal 1960 mm und minimal 1725 mm; die Höhe 2400 mm. In Schlackenbadhöhe hatte der gekühlte Aufsatz einen Durchmesser von 1360 mm; die Gesamthöhe betrug 800 mm. Der Block wurde aus entgastem Stahl steigend so hoch in die Kokille gegossen, dass die gesamte Kokille gefüllt war und die ringförmige Kegelfläche des Fortsatzes in den flüssigen Stahl hineinragte. Schlacke wurde in den gekühlten Aufsatz eingebracht und mittels einer Elektrode und Energiezufuhr auf einer Temperatur über dem Liquiduspunkt des Stahlbades gehalten. Der Heizprozess wurde 23 Stunden lang aufrechterhalten; anschliessend wurde die Schlacke ausgebracht und der gekühlte Aufsatz abgehoben. Es zeigte sich, dass der obere Blockrand (Punkt C in Fig. 2) 85 mm gegenüber der Kokillenhöhe abnahm und dass der Durchmesser sich um 68 mm vermindert hatte. Es wurde kein Eintritt der Schlacke in den Spalt zwischen Kokille und Blockschale beobachtet.

Beispiel 3

Auf eine Kokille wurde ein gekühlter Aufsatz, wie in Fig. 3 dargestellt, aufgesetzt. Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Schlackenbadhöhe 1300 mm, die Gesamthöhe des Aufsatzes betrug 800 mm. Die für die Herstellung von Blöcken mit 43 t ausreichende Kokille war polygonal gestaltet.

Sie wies am oberen Ende einen maximalen Durchmesser von 1960 mm und einen minimalen Durchmesser von 1725 mm auf. Die Aufstellung erfolgte mit dem grösseren Durchmesser nach oben. Die Gesamthöhe der Kokille betrug 2400 mm. Der s Stahl wurde eingegossen, bis der Stahlspiegel die gesamte, der Bodenplatte zugewendete schräge Fläche des Aufsatzes berührte. In den gekühlten Aufsatz wurde Schlacke eingebracht und der Schlacke elektrische Energie während 23 Stunden zugeführt. Nach 45 Minuten wurde die Verbindung Aufsatz-Ko-io kille gelöst, so dass der gekühlte Aufsatz von der erstarrten Blockschale allein getragen wurde. Während der Erstarrung nahm der Block gegenüber der Kokille um 83 mm ab; ein Eintritt von Schlacke zwischen Kokille und Blockschale fand nicht statt.

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Beispiel 4

Auf einer Kokille für den Abguss von 85-t-Blöcken wurde, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Aufsatz befestigt, welcher zur Verbindung mit dem Block lösbare bewegliche Teile aufwies, 20 die an ihrem unteren Ende hammerkopfähnlich gestaltet werden. Der maximale Durchmesser der polygonalen Kokille am oberen Ende betrug 2350 mm und der minimale Durchmesser 2100 mm. Die Füllhöhe der Kokille war 2800 mm. Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Höhe des 25 Schlackenspiegels 1420 mm; die gesamte Höhe des Aufsatzes war 900 mm. Der Block wurde aus einer entgasten Schmelze bis zu jener Höhe gegossen, die ein vollkommenes Eintauchen der gegen die Basisplatte gerichteten, schräg nach unten weisenden Fläche des Aufsatzes gewährleistete. Dabei tauchten 30 auch die hammerkopfähnlichen Teile etwa 60 mm in das Stahlbad ein. Nach dem Giessen des Blockes wurde Schlacke in den gekühlten Aufsatz eingebracht und die Schlacke durch Zufuhr von elektrischer Energie auf Temperaturen über dem Liquiduspunkt des Stahles gehalten. Die Elektrode wies eine 35 Länge von 2500 mm auf, es musste ein Elektrodenwechsel vorgenommen werden. Nach einer Zeit von 60 Minuten nach Ende des Blockgusses wurden die Verbindungen, welche den gekühlten Aufsatz auf der Kokille abstützten, gelöst, so dass der Aufsatz allein von der mittlerweile entstandenen Block-40 schale getragen wurde. Mittels Zuganker wurde zwischen den in den Block eingegossenen hammerkopfförmigen Teile und dem Kokillenaufsatz eine Spannung von 3000 kp eingestellt. Nach 38stündiger Behandlung des Blockes unter Energiezufuhr wurde die Elektrode ausgefahren und die Schlacke ausge-45 tragen. Hierauf wurden die Zuganker gelöst und der gekühlte Aufsatz abgehoben. Bei der Herstellung eines Blockes mit dieser Vorrichtung wurde während der Blockerstarrung eine Durchmesserverminderung von 75 mm und eine Höhenverminderung des Blocks von 94 mm beobachtet, ohne dass so Schlacke in den Ringspalt zwischen Kokillenwand und Blockschale eindrang.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in eine Kokille flüssiger Stahl eingegossen, anschliessend auf diesen eine Schlackenmischung aufgebracht und dieser Schlackenmischung während der Erstarrung des Stahles in der Kokille Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die obere, an die Schlacke angrenzende Randzone des flüssigen Stahles gekühlt wird.

2 ri beträgt, wobei DKok den Innendurchmesser der Kokille und H die Blockhöhe bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines auf die Kokille aufgesetzten Aufsatzes mit gekühlten Seitenwänden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl nach Füllen der Kokille bis in den Bereich der gekühlten Wände des Aufsatzes gegossen wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Aufsatzes, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Füllen der Kokille der Aufsatz bis zum Eintauchen seiner Wände in den flüssigen Stahl abgesenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz nach erfolgtem Guss in den flüssigen Stahl eingetaucht und gehalten wird bis der Aufsatz von der Blockschale getragen wird und dass danach der Aufsatz vorzugsweise zusätzlich gegen den Block gedrückt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem auf die Kokille aufgesetzten Aufsatz, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (3,14) einen ringförmigen bis unter den Spiegel des in die Kokille (2) gegossenen Stahles reichenden Fortsatz (11,15) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (11,15) ein konisches Profil aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche (12) des Fortsatzes (11) gegenüber der

Vertikalen eine Neigung tga aufweist, die mindestens ^i^!c

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (14) mittels lösbarer, vorteilhaft als Kurbeltriebe ausgebildeter Verbindungsmittel (16) am Kokillenrand befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Aufsatz (14) Verankerungsglieder, wie Zuganker, befestigt sind, deren vorzugsweise hammerkopfförmig ausgebildetes Ende (19) unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht, wobei nach Erstarren der Blockschale und Lösen der Verbindungsmittel (16) der Aufsatz (14) von der Blockschale getragen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (14) aus einer Metallform (20) besteht, die über einen Teil ihrer Innenseite feuerfest ausgekleidet ist.