DE102017103046A1

DE102017103046A1 - Horizontale Bandgießanlage mit optimierter Gießatmosphäre

Info

Publication number: DE102017103046A1
Application number: DE102017103046.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Palzer; Thomas Evertz
Original assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Current assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes (V) aus Stahl, mit einer Einhausung (5) für das erstarrende Vorband (V) und mit einer Gießatmosphäre, in der Einhausung (5). Um eine Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes aus Stahl zu schaffen, mit der eine verbesserte Qualität des Vorbandes und ein erhöhtes Ausbringen erreicht wird, wird vorgeschlagen, dass in einer Gießrichtung (G) gesehen die Einhausung (5) in mindestens zwei Bereiche (5c, 5d, 5e, 5f, 5g) unterteilt ist, in denen eine eigene Atmosphäre vorherrscht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes aus von Stahl.
Aus der deutschen Patentschrift DE 44 07 873 C2 ist eine horizontale Bandgießanlage zum Erzeugen eines Vorbandes aus Stahl bekannt. Die Bandgießanlage verfügt über ein Schmelzgefäß, aus der Schmelze über eine Gießdüse auf ein horizontal umlaufendes und gekühltes Gießband aufgegeben wird. Auf dem Gießband erstarrt die aufgegebene Schmelze zu einem Vorband. In dem Bereich zwischen der Gießdüse und dem durcherstarrten Vorband weist die Bandgießanlage eine Einhausung auf, in die ein Gasstrom eingeleitet wird, um für die aufgegebene Schmelze und das erstarrende Vorband eine reduzierende Atmosphäre oder eine Inertgasatmosphäre, zu bilden. Der Gasstrom wird über Düsen, die in einem Deckenelement der Einhausung angeordnet sind, eingeleitet. Um auf die Oberfläche des erstarrenden Vorbandes Einfluss nehmen zu können, wird der Gasstrom in Hinblick auf seine Temperatur und sein Geschwindigkeits- und Druckprofil variiert.
Außerdem ist in dem Schlussbericht „Energieeinsparung, CO₂-Emissionsvermeidung und Ressourcenschonung bei der Herstellung und Anwendung von (hochfesten und duktilen) HSD^®-Stählen“, Förderkennzeichen: 01 RI 05001, Bundesministerium für Bildung und Forschung, Salzgitter, Mai 2009 (Seiten 63 bis 65) bereits beschrieben, wie eine Oberseite eines in einer horizontalen Bandgießanlage gegossenen Stranges durch eine Ar- und Ar/CO₂-Atmosphäre beeinflusst werden kann. Eine Ar/CO₂-Atmosphäre soll zu einem früheren Einsetzen einer Erstarrung der Strangoberseite führen, somit eine Verlagerung eines Bereichs der Resterstarrung weiter in die Strangmitte bedingen und die Strangoberseite von etwaigen Porositäten befreien.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes aus Stahl zu schaffen, mit der eine verbesserte Qualität des Vorbandes und ein erhöhtes Ausbringen erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes aus Metall mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 18 angegeben
Erfindungsgemäß wird bei einer Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes aus Stahl, mit einer Einhausung für das erstarrende Vorband und mit einer Gießatmosphäre, in der Einhausung, eine verbesserte Qualität des Vorbandes und ein erhöhtes Ausbringen dadurch erreicht, dass in Gießrichtung gesehen die Einhausung in mindestens zwei Bereiche unterteilt ist, in denen jeweils eine eigene und sich von den anderen Atmosphären unterscheidende Atmosphäre vorherrscht. Auch wird durch das erhöhte Ausbringen eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht. Somit kann in Gießrichtung gesehen und in Bezug auf den Erstarrungszustand des erstarrenden Vorbandes die Atmosphäre örtlich variiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass je Bereich mindestens eine Gaszuleitung und mindestens eine Gasableitung angeordnet sind und die Atmosphäre in jedem der Bereiche gegen die Gießrichtung strömt oder sich quasistationär in der Einhausung aufhält.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Atmosphäre in den Bereichen in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel einstellbar ist und aus CO₂, CO, Ar, N₂, O₂ und H₂ jeweils einzeln oder in Kombination in variablen Anteilen besteht. Den sich je nach chemischer Zusammensetzung der Schmelze ergebenden verschiedenen Problemen hinsichtlich der Oberflächenqualität, kann durch den gezielten Einsatz verschiedener Prozessgase in der Atmosphäre begegnet werden.
In einer bevorzugten oder zusätzlichen Ausführung ist vorgesehen, dass die Atmosphäre in den Bereichen in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel und in Bezug auf den zu vergießenden Stahl einstellbar ist. Somit kann gezielt auf die Oberflächenqualität des zu vergießenden Stahls Einfluss genommen werden. Durch einen Einsatz festgelegter Prozessgase in vorgegebenen Mischungsverhältnissen für die Atmosphäre, welche auf die chemische Zusammensetzung des zu vergießenden Stahls abgestimmt sind, kann eine Reduzierung von Oberflächenfehlem, das Ausbringen und die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.
In einer weiterhin bevorzugten oder zusätzlichen Ausführung ist vorgesehen, dass die Atmosphäre in den Bereichen in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel und in Bezug auf den Zustand des erstarrenden Vorbandes einstellbar ist. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Einstellung in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes mit noch flüssiger Oberfläche und in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes mit bereits fester Oberfläche.
Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre im Bereich der noch flüssigen Oberfläche wird nachfolgend in vier Gruppen eingeteilt.
Für eine gewählte erste Gruppe einer chemischen Zusammensetzung einer zu vergießenden Stahlschmelze mit größer gleich 0,2 Gew.-% AI und vorzugsweise kleiner 13 Gew.-% Mn ist vorgesehen, dass die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus 5 bis 100 Vol.-% CO₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 100 Vol.-% CO, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂, kleiner gleich 5 Vol.-% N₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht. Sollte eine Aufaddition der Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben, so wird bedarfsweise mit Argon als inertem Füllgas aufgefüllt. Wenn ein erstarrendes Vorband aus einer zu vergießenden Stahlschmelze mit Al größer gleich 0,2 Gew.-% mit CO, CO₂, O₂ in Berührung kommt, wirkt auch eine für den Stahl reduzierende Atmosphäre oxidierend auf den Aluminiumanteil. Hierdurch bilden sich auf der Oberfläche des erstarrenden Vorbandes Aluminiumoxide, welche einen im Vergleich zur Stahlschmelze höheren Wärmeemissionskoeffizienten aufweisen. Die dadurch erhöhte Wärmeabfuhr führt zu einer Unterkühlung der Schmelze in der Nähe des Aluminiumoxids. Das Aluminiumoxid wirkt somit als Keim für die Erstarrung, woraus aufgrund der feinen Verteilung der Aluminiumoxide eine dichte Deckschicht ohne offene Oberflächenporen resultiert. Dies erfolgt aber nur bei höheren Al-Gehalten wie vorgenannt größer gleich 0,2 Gew.-%, da sonst nicht genügend Al an der Oberfläche des erstarrenden Vorbandes zur Verfügung steht.
Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass das vorgenannte Prozessgas aus Argon und 5 bis 40 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
In Bezug auf eine gewählte zweite Gruppe einer chemischen Zusammensetzung einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al und größer gleich 0,8 Gew.-% C ist vorgesehen, dass die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ und mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht. Etwaige Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt, sollte die Aufaddition der anderen Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben. Der geringe Aluminiumgehalt ermöglicht den Einsatz einer kostengünstigeren Gießatmosphäre mit höherem Gehalt an N₂., welcher bevorzugt auch auf einen Mindestanteil von 5 Vol.-% festgesetzt ist, ohne die unerwünschte Ausscheidung von Aluminiumnitriden in der Schmelze. Des Weiteren wirkt der erhöhte Stickstoffpartialdruck in der Gießatmosphäre dem Aufkochen der Schmelze durch Ausscheidung von N₂ aus der Schmelze während der Erstarrung entgegen.
Bevorzugt kann für dieses Prozessgas einen Mindestanteil von 5 Vol.-% N₂ enthalten.
Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass dieses Prozessgas aus N₂ und 5 bis 35 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
Für eine gewählte dritte Gruppe einer chemischen Zusammensetzung einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al und kleiner 0,8 Gew.-% C ist vorgesehen, dass die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂, mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht. Etwaige Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt, sollte die Aufaddition der anderen Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben. Der verringerte O₂-Gehalt ist auf die höhere Löslichkeit von Sauerstoff in der Schmelze durch den im Vergleich zur zweiten Gruppe verringerten C-Gehalt zurückzuführen, wodurch die Ausbildung von oxidischen Einschlüssen unerwünscht begünstigt wird.
Der N₂-Gehalt kann bevorzugt für dieses Prozessgas auf einen Mindestanteil von 5 Vol.-% festgesetzt werden.
Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass dieses Prozessgas analog des Prozessgases der zweiten Gruppe aus N₂ und 5 bis 35 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
In Bezug auf eine gewählte vierte Gruppe einer chemischen Zusammensetzung einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al und größer gleich 0,5 Gew.-% Si ist vorgesehen, dass die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 25 Vol.-% CO, kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂, und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂, besteht. Etwaige Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt, sollte die Aufaddition der anderen Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben. Bei dieser vierten Gruppe mit Si-Gehalten von größer gleich 0,5 Gew.-% sind die reduzierten CO, CO₂ und O₂-Gehalte darauf zurück zu führen, dass in dem erstarrenden Vorband das Si oxidiert und dadurch der Reinheitsgrad der Schmelze negativ beeinflusst werden kann.
Der N₂-Gehalt kann bevorzugt für dieses Prozessgas auf einen Mindestanteil von 5 Vol.-% festgesetzt werden.
Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass dieses Prozessgas aus N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂ und kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
Bei B- oder Ti-legierten Schmelzen kann der N₂-Gehalt vorteilhaft auf kleiner gleich 25 Vol.-% N₂ reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Atmosphäre in den Bereichen in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes mit bereits fester Oberfläche einstellbar ist und die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO, kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht. Etwaige Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt, sollte die Aufaddition der anderen Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben.
Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
Die Ausbildung der Oberfläche bei der Erstarrung wird des Weiteren durch die Gasmenge welche als Atmosphäre in die Bandgießanlage geleitet wird, beeinflusst. Die Eingrenzung der Gasmenge erfolgt über die Bildung des Produkts von zugeführter Gasmenge pro Stunde in Nm³ (Normkubikmeter) und Rauminhalt über dem gegossenen Band in m³/m². Als Rauminhalt wird hierbei jener Bereich zwischen der Casterdecke und dem gegossenen Band bezeichnet, in welchem die Atmosphäre strömt. Als optimaler Arbeitsbereich ergab sich ein Wert G von 0,1 bis 30 nach Gleichung [1] $G = zugefürte Gasmenge [{Nm}^{3} /h] * Rauminhalt über dem gegossenen Band [m^{3} {/m}^{2}]]$
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Gießrichtung gesehen die Bereiche eine Länge von etwa 1 bis 11 m aufweisen. Hierdurch wird eine gute und variable Anpassungsmöglichkeit an beispielsweise die chemische Zusammensetzung und die Temperatur der Schmelze sowie die Gießdicke und Gießgeschwindigkeit erreicht.
Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen horizontalen Bandgießanlage gegossenes Band beziehungsweise Tafelmaterial in der angestrebten Dicke von 6 bis 25 mm (gemessen in der Bandmitte) mit guter Geometrie und verbesserter Oberfläche hergestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer horizontalen Bandgießanlage 1, die im Wesentlichen aus einem Schmelzgefäß 2, einer Gießdüse 3, einem Gießband 4 und einer Einhausung 5 besteht. Über das Schmelzgefäß 2 wird flüssige Schmelze S, insbesondere Stahlschmelze, über eine sich hieran anschließende Gießdüse 3 auf das Gießband 4 in Form eines Stranges beziehungsweise erstarrendes Vorband V aufgegeben. Hierbei läuft das endlose Gießband 4 in einer Gießrichtung G um eine vordere Umlenkrolle 4a und eine hiervon in Gießrichtung G beabstandete hintere Umlenkrolle 4b um und fördert das erstarrende Vorband V somit in Gießrichtung G. Entsprechender Weise lässt sich das Gießband 4 in ein oberes Trum 4c, auf dem das Vorband V erstarrt, und ein unteres Trum 4d zwischen den vorderen und hinteren Umlenkrollen 4a, 4b aufteilen. Das Gießband 4 verläuft im Bereich des Obertrums 4c im Wesentlichen horizontal und ist im Bereich des Obertrums 4c mittels einer Kühlvorrichtung 6 von unten gekühlt. Die Kühlvorrichtung 6 beaufschlagt nahezu das gesamte Obertrum 4c unter Ausnahme kurzer Bereiche am Übergang zu den Umlenkrollen 4a, 4b mit Kühlmittel, vorzugsweise Wasser. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind üblicher Weise vorhandene und sich in Gießrichtung G erstreckende Seitenbegrenzungselemente für das auf dem Obertrum 4c erstarrende Vorband V nicht dargestellt.
Die Einhausung 5 der horizontalen Bandgießanlage 1 umschließt das erstarrende Vorband V in einem Bereich zwischen der Gießdüse 3 und einem schlitzförmigen Austritt 5b für das durcherstarrte Vorband V aus der Einhausung 5. Die Einhausung 5 ist in üblicher Weise vorgesehen, um die Schmelze S in einer auf die chemische Zusammensetzung des vergossenen Stahls angepassten Gießatmosphäre zu vergießen und zu dem Vorband V erstarren zu lassen. Im vorliegenden Fall ist die Einhausung 5 in Bezug auf die jeweils vorherrschende Atmosphäre in einzelne Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g unterteilt, die in Gießrichtung G gesehen hintereinander und aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g, welche über die gesamte Breite der Einhausung 5 reichen, haben in Gießrichtung G gesehen eine Länge von etwa 1 bis 11 m. Je Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g ist mindestens eine Gaszuleitung 5c', 5d', 5e', 5f' und 5g' und vorzugsweise mindestens eine Gasableitung 5c“, 5d“, 5e“, 5f“ und 5g“ in einem Deckenelement 5a der Einhausung 5 angeordnet. Die Gaszuleitungen 5c', 5d', 5e', 5f' und 5g' sind in Gießrichtung G gesehen stromabwärts und die Gasableitungen 5c“, 5d“, 5e“, 5f“ und 5g“ in Gießrichtung G gesehen stromaufwärts in dem jeweiligen Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g angeordnet, so dass in jedem Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g die Atmosphäre gegen die Gießrichtung G strömt oder sich quasistationär im jeweiligen Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g aufhält. Je Gaszuleitung 5c', 5d', 5e', 5f' und 5g' sind eine oder eine Vielzahl von über die Breite der Einhausung 5 verteilten und nicht dargestellten Düsen vorgesehen, um das Gas der Atmosphäre in das jeweilige Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g einzuleiten. Entsprechender Weise sind Gasableitungen 5c“, 5d“, 5e“, 5f“ und 5g“ mit einer oder eine Vielzahl von über die Breite der Einhausung 5 verteilten und nicht dargestellten Öffnungen in dem jeweiligen Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g angeordnet, um die Atmosphäre aus hieraus abzuführen. Zusätzlich kann vorzugsweise jeder Bereich 5c, 5d, 5e, 5f und 5g von einem benachbarten Bereich über einen Steg 7a, 7b, 7c und 7d zumindest teilweise getrennt werden. Eine Trennung der Gasströme in den jeweiligen Bereichen 5c, 5d, 5e, 5f und 5g kann auch nur über die Strömung der jeweiligen Gasströme weitestgehend erreicht werden.
Über die Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g ist es möglich, die Atmosphäre in der Einhausung 5 gezielt örtlich zu variieren. Die Atmosphäre in den Bereichen 5c, 5d, 5e, 5f und 5g ist in ihrer chemischen Zusammensetzung und somit am Aufgabeort in Bezug auf das erstarrende Vorband V variabel einstellbar und besteht aus CO₂, CO, Ar, N₂, O₂ und H₂ jeweils einzeln oder in Kombination in variablen Anteilen. Bevorzugt erfolgt eine Auswahl der Atmosphäre angepasst an die chemische Zusammensetzung des zu gießenden Stahls. Außerdem wird bei der Auswahl der Atmosphäre berücksichtigt, ob die Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g in einem Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit noch flüssiger oder bereits fester Oberfläche angeordnet sind.
Die bevorzugte chemische Zusammensetzung der Gießatmosphäre in der horizontalen Bandgießanlage 1 ist angepasst an die chemische Zusammensetzung des zu gießenden Stahls und in der Tabelle 1 für einen Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit noch flüssiger Oberfläche beispielhaft aufgeführt. Unterschieden werden 4 Gruppen von zu gießenden Stählen, die sich in den Gehalten an Aluminium, Mangan, Kohlenstoff und Silizium voneinander unterscheiden. Ein nicht angegebener Gehalt an Mangan, Kohlenstoff oder Silizium bedeutet, dass die Atmosphärenzusammensetzung nichtabhängig von diesem Bestandteilsgehalt ist, beziehungsweise der Bestandteilsgehalt nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Atmosphärenzusammensetzung ausübt. Hoch Al-haltige zu vergießende Stahlschmelzen mit einem Al-Gehalt von größer oder gleich 0,2 Gew.-% und mit einem Mn-Gehalt von kleiner gleich 13 Gew.-% können bei Anwesenheit von CO₂, CO oder O₂ in der Gießatmosphäre erwünschte feinverteilte Aluminiumoxide ausbilden (siehe Eintrag 1 von Tabelle 1). Die durch die Aluminiumoxide erhöhte Wärmeabfuhr (höherer Wärmeemissionskoeffizient im Vergleich zur metallischen Oberfläche) führt zu einer Unterkühlung der Schmelze in der Nähe des Aluminiumoxids. Das Aluminiumoxid wirkt somit als Keim für die Erstarrung, woraus aufgrund der feinen Verteilung der Aluminiumoxide eine dichte Deckschicht ohne offene Oberflächenporen resultiert. Durch die dichte Oxidschicht wird der Emissionskoeffizienten des erstarrenden Vorbandes V erhöht und dadurch mehr Wärme vom erstarrenden Vorband V abgestrahlt. Außerdem verhindert diese Oxidschicht die Bildung von offenen Poren.
In entsprechender Weise wird bevorzugt eine Gießatmosphäre eingesetzt, die neben Ar zwischen 5 bis 40 Vol.-% CO₂ und optional H₂ bis zu 5 Vol.-% beinhaltet (siehe Eintrag 2 von Tabelle 1).
Zu vergießende Stahlschmelzen mit geringeren Al-Gehalten von kleiner 0,2 Gew.-% neigen zur Bildung offenporiger Oberflächen im Zuge der Erstarrung des Vorbandes V (siehe Einträge 3 bis 8 von Tabelle 1). Die Neigung zur Bildung von offenen Poren nimmt bei C-Gehalten > 0,8 Gew.-% signifikant zu. Diese offenporigen Oberflächen führen in der Weiterverarbeitung des Vorbandes V zu Walzfehlern. Daher werden im Falle von Stahlschmelzen mit geringeren Al-Gehalten von kleiner 0,2 Gew.-% und hohen C-Gehalten von größer oder gleich 0,8 Gew.-% Gießatmosphären eingesetzt, die aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ bestehen. Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt. Bevorzugt wird eine Atmosphäre, die neben N₂ zwischen 5 bis 35 Vol.-% CO₂ und optional H₂ bis zu 5 Vol.-% beinhaltet (siehe Einträge 3 und 4 von Tabelle 1).
Um die Bildung unerwünschter Aluminiumoxide in der Schmelze zu vermeiden, werden im Falle von Stahlschmelzen mit geringeren Al-Gehalten von kleiner 0,2 Gew.-% und C-Gehalten von kleiner 0,8 Gew.-% Gießatmosphären eingesetzt, die aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ bestehen. Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt. Bevorzugt wird eine Atmosphäre, die neben N₂ zwischen 5 bis 35 Vol.-% CO₂ und optional H₂ bis zu 5 Vol.-% beinhaltet (siehe Einträge 5 und 6 von Tabelle 1).
Im Falle von Stahlschmelzen mit geringeren Al-Gehalten von kleiner 0,2 Gew.-% und hohen Si-Gehalten von größer oder gleich 0,5 Gew.-% werden zur Vermeidung unerwünschter Siliziumoxide Gießatmosphären eingesetzt, die aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 25 Vol.-% CO, kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ bestehen. Restanteile werden bei Bedarf mit Ar aufgefüllt. Bevorzugt wird eine Atmosphäre, die neben N₂ bis zu 10 Vol.-% CO₂ und optional H₂ bis zu 5 Vol.-% beinhaltet (siehe Einträge 7 und 8 von Tabelle 1).
Im Zusammenhang mit bor- und/oder titanlegierten Stählen wird in Anlehnung an die vorbeschriebene Tabelle 1 der N₂-Gehalt der Gießatmosphäre vorteilhaft auf kleiner gleich 25 Vol.-% festgelegt. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ergibt sich nach Tabelle 1 mit der zusätzlichen Einschränkung, dass die als bevorzugt bezeichneten Atmosphären für Stähle mit kleiner gleich 0,2 Gew.-% Al entfallen.
Im Bereich der Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g ausgehend von der Gießdüse 3, die im Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit noch flüssiger Oberfläche liegen, werden die Gase der Gießatmosphäre mit einem Überdruck von 0,02 bis 0,2 bar im Vergleich zum Umgebungsdruck in die Einhausung 5 aufgegeben.
Für den Fall, dass die Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g in einem Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit bereits fester Oberfläche angeordnet sind, der sich üblicher Weise bis zum Ende der Einhausung 5 erstreckt, werden die Gase der Gießatmosphäre mit Umgebungsdruck oder leichtem Überdruck bis 0,2 bar in die Einhausung 5 aufgegeben.
Die Zusammensetzung der Gießatmosphäre im Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit bereits fester Oberfläche ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Es wird nicht nach chemischen Zusammensetzungen der zu gießenden Stähle unterschieden.
Eine Zugabe von CO₂ zu der Gießatmosphäre, welche aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht und gegebenenfalls Restanteile Ar enthält, wird aufgrund der eintretenden unerwünschten Entkohlung des erstarrenden Vorbandes V reduziert auf einen Gehalt kleiner gleich 25 Vol.-%. Bevorzugt wird eine Atmosphäre, die gänzlich auf CO verzichtet und neben N₂ kleiner gleich 10 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 5 Vol.-% O₂ und optional H₂ bis zu 3 Vol.-% beinhaltet (siehe Einträge 1 und 2 von Tabelle 2).
In diesem Zusammenhang bedeutet feste Oberfläche nicht mehr flüssig, also erstarrt. Die feste Oberfläche erhöht wie auch die Oxidschicht den Emissionskoeffizienten des erstarrenden Vorbandes V und erhöht damit die abgegebene Wärme durch Strahlung.
In den Tabellen 1 und 2 in der Spalte Bemerkung ist der Begriff bevorzugt angegeben. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird dadurch zum Ausdruck gebracht, dass diese Atmosphäre kostengünstiger ist aber dennoch den gleichen Zweck erfüllt.
Ein Zurückströmen der Atmosphäre in den Bereich der Bereiche 5c, 5d, 5e, 5f und 5g in einen Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit noch flüssiger Oberfläche ist zu vermeiden, da dort ansonsten die gewünschte Gießatmosphäre in Folge einer Vermischung nicht mehr eingehalten werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Überdruck der Gießatmosphäre in einem Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit noch flüssiger Oberfläche geringfügig höher als in einem Bereich des erstarrenden Vorbandes V mit bereits fester Oberfläche eingestellt wird.

Derartige horizontale Bandgießanlagen 1 eignen sich besonders zur Erzeugung von endabmessungsnahen Vorband V mit Banddicken im Bereich von 6 bis 25 mm (gemessen in der Bandmitte). Dieses Vorband V mit einer verbesserten Oberfläche wird zu einem homogenem Warm- und Kaltband weiter verarbeitet. Tabelle 1

	Gehalt in Stahlschmelze [Gew.-%]				Prozessgasanteil an Atmosphäre [Vol.-%]						Bemerkung
Eintrag	Al	Mn	C	Si	CO	CO₂	O₂	Ar	N₂	H₂
1	≥ 0,2	< 13	Einfluss vernachl ässigbar	Einfluss vernachlä ssigbar	≤ 100	5-100	≤ 10	Rest	≤ 5	≤ 8
2						5-40		Rest		≤ 5	bevorzugt
3	< 0,2	Einfluss vernachl ässigbar	≥ 0,8	Einfluss vernachlä ssigbar	≤ 95	≤ 95	≤ 10	Rest	≤100	≤ 8
4						5-35			Rest	≤ 5	bevorzugt
5	< 0,2	Einfluss vernachl ässigbar	< 0,8	Einfluss vernachlä ssigbar	≤ 95	≤ 95	≤ 2,5	Rest	≤100	≤ 8
6						5-35			Rest	≤ 5	bevorzugt
7	< 0,2	Einfluss vernachl ässigbar	Einfluss vernachl ässigbar	≥ 0,5	≤ 25	≤ 25	≤ 2,5	Rest	≤100	≤ 8
8						≤ 25			Rest	≤ 5	bevorzugt

Tabelle 2

	Prozessgasanteil an Atmosphäre [Vol.-%]						Bemerkung
Eintrag	CO	CO₂	O₂	Ar	N₂	H₂
1	≤ 10	≤ 25	≤ 10	Rest	≤ 100	≤ 8
2		≤ 10	≤ 5		Rest	≤ 3	bevorzugt

Bezugszeichenliste

1: horizontale Bandgießanlage
2: Schmelzgefäß
3: Gießdüse
4: Gießband
4a: vordere Umlenkrolle
4b: hintere Umlenkrolle
4c: oberes Trum
4d: unteres Trum
5: Einhausung
5a: Deckenelement
5b: Austritt
5c: Bereich
5c': Gaszuleitung
5c“: Gasableitung
5d: Bereich
5d': Gaszuleitung
5d“: Gasableitung
5e: Bereich
5e': Gaszuleitung
5e“: Gasableitung
5f: Bereich
5f': Gaszuleitung
5f“: Gasableitung
5g: Bereich
5g': Gaszuleitung
5g“: Gasableitung
6: Kühlvorrichtung
7a: Steg
7b: Steg
7c: Steg
7d: Steg
G: Gießrichtung
S: Schmelze
V: Vorband

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4407873 C2 [0002]

Claims

Anlage zum horizontalen Bandgießen eines Vorbandes (V) aus Stahl, mit einer Einhausung (5) für das erstarrende Vorband (V) und mit einer Gießatmosphäre, in der Einhausung (5), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gießrichtung (G) gesehen die Einhausung (5) in mindestens zwei Bereiche (5c, 5d, 5e, 5f, 5g) unterteilt ist, in denen eine eigene Atmosphäre vorherrscht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je Bereich (5c, 5d, 5e, 5f, 5g) mindestens eine Gaszuleitung (5c', 5d', 5e', 5f und 5g') und mindestens eine Gasableitung (5c“, 5d“, 5e“, 5f“ und 5g“) angeordnet sind und die Atmosphäre in jedem der Bereiche (5c, 5d, 5e, 5f, 5g) gegen die Gießrichtung (G) strömt oder sich quasistationär in der Einhausung (5) aufhält.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Gasmenge entsprechend Gleichung [1] G = zugeführte Gasmenge [Nm³/h] * Rauminhalt über dem gegossenen Band [m³/m²]] begrenzt wird und einen Wert von 0,1 bis 30 aufweist.
Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel einstellbar ist und aus CO₂, CO, Ar, N₂, O₂ und H₂ jeweils einzeln oder in Kombination in variablen Anteilen besteht.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel und in Bezug auf den zu vergießenden Stahl einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre bei einer zu vergießenden Stahlschmelze mit größer gleich 0,2 Gew.-% Al und bei Vorliegen einer noch flüssigen Oberfläche aus einem Prozessgas aus 5 bis 100 Vol.-% CO₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 100 Vol.-% CO, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂, kleiner gleich 10 Vol.-%, kleiner gleich 5 Vol.-% N₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂, bevorzugt aus einem Prozessgas aus 5 bis 40 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht, wobei das Prozessgas zusätzlich Argon enthält, sollte die Aufaddition der Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vergießende Stahlschmelze größer gleich 0,2 Gew.-% Al und kleiner 13 Gew.-% Mn enthält.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre bei einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al, größer gleich 0,8 Gew.-% C und bei Vorliegen einer noch flüssigen Oberfläche aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ und mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂, wobei das Prozessgas zusätzlich Argon enthält, sollte die Aufaddition der Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben, bevorzugt aus einem Prozessgas aus N₂ und 5 bis 35 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂, besteht.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre bei einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al, kleiner gleich 0,8 Gew.-% C und bei Vorliegen einer noch flüssigen Oberfläche aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂, mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 95 Vol.-% CO, kleiner gleich 95 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂, wobei das Prozessgas zusätzlich Argon enthält, sollte die Aufaddition der Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben, bevorzugt aus einem Prozessgas aus N₂ und 5 bis 35 Vol.-% CO₂ mit optionalem Bestandteil von kleiner gleich 5 Vol.-% H₂, besteht.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre bei einer zu vergießenden Stahlschmelze mit kleiner 0,2 Gew.-% Al, größer gleich 0,5 Gew.-% Si und bei Vorliegen einer noch flüssigen Oberfläche aus einem Prozessgas aus kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 25 Vol.-% CO, kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 2,5 Vol.-% O₂, und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂, wobei das Prozessgas zusätzlich Argon enthält, sollte die Aufaddition der Prozessgasbestandteile nicht 100 Vol.-% ergeben, bevorzugt aus einem Prozessgas aus N₂ mit optionalem Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO₂ und kleiner gleich 5 Vol.-% H₂, besteht.
Anlage nach Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der N₂-Gehalt der Gießatmosphäre bei Vorliegen einer noch flüssigen Oberfläche auf minimal 5 Vol.-% festgelegt ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Vergießen bor- und/oder titanlegierter Stähle der N₂-Gehalt der Gießatmosphäre vorteilhaft auf kleiner gleich 25 Vol.-% festgelegt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel und in Bezug auf den Zustand des erstarrenden Vorbandes (V) einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes (V) mit noch flüssiger Oberfläche und in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes (V) mit bereits fester Oberfläche einstellbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes (V) mit bereits fester Oberfläche einstellbar ist und die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus Ar mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO, kleiner gleich 25 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 10 Vol.-% O₂, kleiner gleich 100 Vol.-% N₂ und kleiner gleich 8 Vol.-% H₂ besteht.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre in den Bereichen (5c, 5d, 5e, 5f und 5g) in ihrer chemischen Zusammensetzung variabel in Bezug auf den Bereich des erstarrenden Vorbandes (V) mit bereits fester Oberfläche einstellbar ist und die Atmosphäre aus einem Prozessgas aus N₂ mit optionalen Bestandteilen von kleiner gleich 10 Vol.-% CO₂, kleiner gleich 5 Vol.-% O₂ und kleiner gleich 5 Vol.-% H₂ besteht.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießatmosphäre an die chemische Zusammensetzung des vergossenen Stahls angepasst ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Gießrichtung (G) gesehen die Bereiche (5c, 5d, 5e, 5f, 5g) eine Länge von etwa 1 bis 11 m aufweisen.