DE10020703A1 - Verfahren und Einrichtung zum Stranggießen insbesondere von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum kontinuierlichen Stranggießen insbesondere von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, beispielsweise oberhalb 3 m/min, unter Verwendung einer stationären Kokille (13). Zur Beherrschung zunehmender Temperaturbelastung bei abnehmendem Verbrauch von Schmiermittel, und damit verbundenem Anstieg der Reibkräfte zwischen entstehender Strangschale und den Kokillenwänden und damit verbundenen Gefahr von Klebern und/oder Längsdepressionen werden im Badspiegelbereich der Schmelze in der Kokille (13) Ultraschallwellen, und in Bereichen darunter oder überlappend elektromagnetische Felder induziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Stranggießen insbeson­ dere von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, beispielsweise ober­ halb 3 m/min. unter Verwendung einer stationären Kokille. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beim Stranggießen von Dünnbrammen können die Kokillenplatten aus Qualitäts­ gründen nur in einem begrenzten Dickenbereich eingesetzt werden. Weiterhin treten insbesondere im Badspiegelbereich der Schmelze infolge der großen Wär­ mestromdichte hohe Temperaturbeanspruchungen auf, die zuverkürzten Nachar­ beitsintervallen der Kokillenplatten führen. Die Höhe dieser Temperaturbeanspru­ chung ist im wesentlichen von der Gießgeschwindigkeit, der Wandstärke der Kupferplatten vor Wasser, von dem Kupferwerkstoff, der Wassergeschwindigkeit, den Badspiegelschwankungen, der Stahlqualität sowie dem Gießpulver als Schmiermittel in der Kokille abhängig.

Beim Gießen von Dünnbrammen mit Gießgeschwindigkeiten oberhalb von 3 m/min werden die Strömungsverhältnisse der Schmelze in der Kokille zunehmend instabiler und die Turbulenzen im Badspiegelbereich verstärken sich derart, daß in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, der Gießbreite und der Eintauchtiefe des Gießrohres zunehmend Oberflächenfehler auftreten können.

Es ist bekannt, elektromagnetische Bremsen (EMBr) zur Einstellung stabiler Strö­ mungsverhältnisse der Schmelze in der Kokille und zur Reduzierung der stehen­ den Welle einzusetzen. Es besteht dennoch weiterhin das Problem einer zuneh­ menden Temperaturbelastung bei abnehmendem Gießschlackenverbrauch, und bei gleichzeitig ansteigenden Reibkräften besteht die Gefahr von Klebern und Längsdepressionen.

Das Dokument EP 0 807 477 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Brammen, Vorblöcken, Platten und Stabeisen, wobei die Vorrichtung mit einer Kristallisierungseinrichtung (Kokille) verbunden ist, welche Gießmetall enthält, und deren Wände von Kühlkanälen zwischen äußeren Wandbereichen durchsetzt sind. Außerhalb der Seitenwände der Kokille sind direkt mit den Sei­ tenwänden zusammenwirkende elektromagnetische Einrichtungen vorhanden, die längs der Gießrichtung beabstandet sind, welche ein unabhängiges, separates Magnetfeld zwischen etwa 1 KHz und 10 KHz aufbauen. Die magnetischen Kräfte erzeugen in der Metallschmelze und in der entstehenden Strangschale eine beab­ sichtigte Vibration, welche das Haftproblem der entstehenden Strangschale an den Seitenwänden der Kristallisationseinrichtung verringern und einen nach unten gerichteten Gleiteffekt erleichtern soll.

Die EP 0 698 434 A1 beschreibt eine Stranggießanlage zum Gießen von Dünn­ brammen mit einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung für die durch ein Tauchgießrohr in die Kokille einströmende Stahlschmelze, die aus je einer den Kokillenbreitseiten zugeordneten Spule mit einem ferromagnetischen Kern sowie aus einem die Kokille umschließenden Joch besteht. Zur Schaffung einer einfa­ chen, kostengünstigen und definiert einstellbaren Bremsvorrichtung sind die Kerne aus je einem Hauptkern und einem gießstrangseitigen Teilkern gebildet, wobei unterschiedliche Teilkerne zur Anpassung des Magnetfeldes an wechselnde Gi­ eßbedingungen wahlweise einsetzbar sind.

Das Dokument EP 0 807 475 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von quer gerichteten Vibrationen in den Wänden einer Brammenkokille mittels Pulsation der Kühlflüssigkeit, wobei die Kokille einen oder mehrere periphere Bereiche in Längsanordnung aufweist, worin Kühlmittel um die Seitenwände der Kokille zirku­ liert, und der Kühlkreislauf einen Transit-Kanal in direktem Kontakt mit wenigstens einer Seitenwand besitzt sowie wenigstens ein Aufgabemittel in Form einer Pum­ pe mit einer Zufuhr- und Abführleitung, wobei der Druck der Kühlflüssigkeit funk­ tionell zur Erregung der Seitenwände in Vibrationen vorgesehen ist.

Das Dokument JP 59 11 04 51 beschreibt eine Stranggießeinrichtung mit Mitteln zur Verringerung von Oszillations-Markierungen und zur Verhinderung von Ober­ flächenunebenheiten bei einer Bramme aufgrund einer Fluktuation im Ölstand ei­ ner Vorrichtung, von welcher eine Kokille einer hochfrequenten Mikro-Oszillation unterworfen wird. Die hochfrequente Oszillation mit einer Frequenz von 10 Hz und einer Amplitude von etwa 1 mm wird mit Hilfe eines elektromagnetischen Kontroll­ ventils eines Kokillen-Vibrators in einem umgebenden Rahmen mit Druckölfüllung zwischen einem oberen und einem unteren Behälterteil erzeugt.

Weiterhin offenbaren die EP 0 807 478 A1 und WO 99/02286 elektromagnetische Verfahren im Zusammenwirken mit Kokillen zum Stranggießen von Brammen, Vorblöcken, Platten oder Stabeisen, wobei elektrische Stromimpulse entlang der Seitenwände der Kokillen zirkulieren sollen.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Stranggießen von Dünnbrammen mit hohen Geschwindigkeiten z. B. oberhalb von 3 m/min ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, durch welche die Strömungsverhältnisse der Schmelze in der Kokille stabilisiert werden und die stehende Welle reduziert und beruhigt wird. Zugleich soll die erhöhte Temperaturbelastung abgebaut und der Gießschlackenverbrauch erhöht werden und infolgedessen die Reibkräfte der Strangschale an den Kokillenwänden redu­ ziert und damit die Gefahr von Klebern und Längsdepressionen verringert werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An­ spruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, daß zur Beherrschung zunehmender Temperaturbelastung infolge steigender Gießgeschwindigkeit und abnehmendem Verbrauch von Schmiermittel, und damit verbundenem Anstieg der Reibkräfte zwischen entstehender Strangschale und den Kokillenwandungen und damit verbundener Gefahr von Klebern und/oder Längsdepressionen im Badspie­ gelbereich der Schmelze in der Kokille Ultraschallwellen und in Bereichen darunter oder überlappend elektromagnetische Felder induziert werden.

Mit Vorteil ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Lösung der vorgän­ gig angesprochenen Probleme derart, daß Dünnbrammen mit Gießgeschwindig­ keit oberhalb von bspw. 3 m/min sicher und frei von Oberflächenfehlern strangge­ gossen werden können. Durch Vibration der Kokillenwand werden die genannten Nachteile wie Temperaturbelastung, hohe Reibkräfte, Kleber und/oder Längsde­ pressionen deutlich reduziert oder völlig vermieden, und mit Hilfe der EMBr wer­ den stabile Strömungsverhältnisse der Schmelze und eine geringe Badspiegel­ überhöhung und -schwankung eingestellt. Somit wird durch den erfindungsgemäß kombinierten Einsatz von Ultraschall mit elektromagnetischer Bremswirkung der Schmelze die Voraussetzung zum fehlerfreien Schnellgießen von Dünnbrammen geschaffen.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sehen vor, daß Ultraschallwellen sowohl von den Breitseiten als auch von den Schmalseiten der Kokille in den Badspiegel­ bereich der Kokille induziert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt ferner vor, daß die Schwingungsampli­ tude der Ultraschallwellen durch Veränderung der erzeugenden Stromstärke an die wünschenswerte Höhe angepaßt wird. Dabei kann die Schwingungsamplitude der Ultraschallwellen insbesondere der Gießgeschwindigkeit angepaßt werden.

Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß in unterschiedlichen Höhenbereichen unterhalb des Badspiegels der Schmelze in der Kokille Ultra­ schallwellen erzeugt und gegen die Schmelze emittiert werden.

Dabei können die Schwingungsamplituden der Ultraschallwellen dem Gießprozeß so angepaßt werden, daß die lokale oder integrale Wärmestromdichte innerhalb eines einer jeweiligen Stahlqualität zuordenbaren, zulässigen Bereiches liegen.

Mit Vorteil kann die Feldstärke der elektromagnetischen Bremsen (EMBr) zwi­ schen 1000 und 5000 Gauss liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht wei­ terhin vor, daß die Oberkante der EMBr-Kerne wenigstens 150 mm unterhalb der Oberkante der Kokillenplatten angeordnet wird.

Bei einer Einrichtung zum kontinuierlichen Stranggießen von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, beispielsweise oberhalb 3 m/min. unter Verwen­ dung einer Kokille sind zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung im Badspiegelbereich der Kokille Ultraschallgeber und unterhalb derselben oder überlappend wenigstens eine elektromagnetische Bremse angeordnet.

Zur weiteren Ausbildung der Kokille wird vorgeschlagen, daß Ultraschallgeber in mehreren Reihen untereinander bzw. übereinander angeordnet sind. Und schließ­ lich ist vorgesehen, daß Ultraschallgeber sowohl auf den Breitseiten als auch auf den Schmalseiten der Kokille angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Die Figur zeigt im Schnitt entlang einer Mittelachse eine erfindungsgemäß ausge­ bildete Kokille 13 zum kontinuierlichen Stranggießen von Dünnbrammen mit ho­ hen Geschwindigkeiten, insbesondere oberhalb 5 m/min. unter Verwendung elek­ tromagnetischer Bremsen 10 im Bereich 13" der Kokillenwände 13'.

Die Kokillenwände 13' sind von Kühlmittelkanälen 17 durchzogen, die an einen Kühlmittelkreislauf zur Abgabe von überschüssiger Wärme von den Kokillenplatten an das Kühlmittel angeschlossen sind.

Der Kokille 13 wird flüssiger Stahl durch das Tauchgießrohr 16 in kontrollierter Menge derart aufgeben, daß die Höhe des Badspiegels 11 annähernd konstant bleibt.

Im Kontakt mit den gekühlten Kokillenwänden 13' der Kokille 13 entsteht eine Strangschale 14, die nach Austritt aus der Kokille 13 den Gießstrang 18 bildet.

Erfindungsgemäß sind im Badspiegelbereich 11 der Kokille 13 wenigstens eine Reihe Ultraschallgeber 12 oder unterhalb derselben weitere Reihen 12', 12" unter­ einander bzw. übereinander angeordnet. Dabei können die Ultraschallgeber 12, 12', 12" sowohl auf den Breitseiten als auch auf den Schmalseiten der Kokille 13 angeordnet sein. Die Ultraschallwellen und die elektromagnetischen Felder kön­ nen sich überlappen.

Erfindungsgemäß ist die Oberkante der Kerne der elektromagnetischen Bremsen 10 wenigstens 150 mm unterhalb der Oberkante der Kokillenplatten 13' angeord­ net.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kokille 13 wird die Kokillen­ wand in Vibrationen mit Ultraschall-Frequenz versetzt und infolgedessen werden die Nachteile wie Temperaturbelastung, hohe Reibkräfte, Kleber, Längsdepressio­ nen, reduziert oder vermieden. Mit Hilfe der elektromagnetischen Bremse werden stabile Strömungsverhältnisse der Schmelze bei annähernd konstanter Badspie­ gelhöhe eingestellt. Somit werden durch den kombinierten Einsatz von Ultra­ schallgebern und elektromagnetischer Bremse die Voraussetzungen zum Schnell­ gießen von Dünnbrammen unter Vermeidung von Oberflächenfehlern geschaffen.

Claims (13)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Stranggießen insbesondere von Dünn­ brammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, beispielsweise oberhalb 3 m/min. unter Verwendung einer stationären Kokille (13), dadurch gekennzeichnet, daß zur Beherrschung des Problems zunehmender Temperaturbelastung infolge steigender Gießgeschwindigkeit und abnehmendem Verbrauch von Schmiermittel, und damit verbundenem Anstieg der Reibkräfte zwischen entstehender Strangschale und den Kokillenwänden und damit verbunde­ ner Gefahr von Klebern und/oder Längsdepressionen, im Badspiegelbe­ reich der Kokille (13) Ultraschallwellen und in Bereichen darunter oder überlappend elektromagnetische Felder induziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallwellen sowohl von den Breitseiten, als auch von den Schmalseiten der Kokille (13) in den Badspiegelbereich der Kokille (13) in­ duziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude der Ultraschallwellen durch Veränderung der erzeugenden Stromstärke an die wünschenswerte Höhe angepaßt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude der Ultraschallwellen der Gießgeschwindig­ keit angepaßt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Höhenbereichen unterhalb des Badspiegels der Schmelze in der Kokille Ultraschallwellen erzeugt und gegen die Schmelze emittiert werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplituden der Ultraschallwellen dem Gießprozeß so angepaßt werden, daß die lokale oder integrale Wärmestromdichte inner­ halb eines einer jeweiligen Stahlqualität zuordenbaren, zulässigen Bereichs liegen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke der elektromagnetischen Bremsen (EMBr) (10) zwi­ schen 1000 und 5000 Gauss liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante der EMBr-Kerne wenigstens 150 mm unterhalb der Oberkante der Kokillenplatten (13') angeordnet wird.

9. Einrichtung zum kontinuierlichen Stranggießen insbesondere von Dünn­ brammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, beispielsweise oberhalb 3 m/min. unter Verwendung einer stationären Kokille (13) zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Badspiegelbereich (11) der Kokille (13) ein oder mehrere Ultra­ schallgeber (12) und unterhalb derselben oder überlappend wenigstens ei­ ne elektromagnetische Bremse (EMBr) (10) angeordnet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallgeber (12) in mehreren Reihen (12', 12") untereinander bzw. übereinander angeordnet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallgeber (12', 12") sowohl auf den Breitseiten, als auch auf den Schmalseiten einer Kokille (13) angeordnet sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der elektromagnetischen Bremsen (10) mindestens 150 mm unterhalb der Oberkante der Kokille (13) angeordnet sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber (12', 12") und die elektromagnetische Bremse (EMBr.) (10) an einer Trichterkokille angeordnet sind.