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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mindestens einem Gießstrang aus Metall. Die Erfindung findet Anwendung in Stranggießanlagen allgemein, speziell aber in Stranggießanlagen in Form von Vertikal-Stranggießanlagen, bei denen der gegossene Gießstrang erst nach Verlassen der vertikalen Kokille und der vertikalen Strangführungseinrichtung aus der Vertikalen in die Horizontale umgebogen wird, oder in Form von Bogenanlagen mit bogenförmiger Strangführungseinrichtung. Gleichermaßen findet die Erfindung Anwendung in Stranggießanlagen zur Herstellung von Langprodukten mit polygonalem, rundem oder beam blank Querschnitt oder in Stranggießanlagen zum Erzeugen von Flachprodukten
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Derartige Verfahren und Anlagen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die französische Patentanmeldung
FR 2 559 692 A1 eine Stranggießanlage mit einer Kokille zum Gießen des Gießstrangs, mit einer Strangführungseinrichtung zum Führen des Gießstrangs nach Verlassen der Kokille, einer Sekundäre-Kühleinrichtung zum Kühlen des Gießstrangs in der Strangführungseinrichtung und einer Applikationseinrichtung zum Aufbringen eines Pulvers auf die Oberfläche des Gießstrangs, nachdem dieser die Strangführungseinrichtung verlassen hat.
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Eine ähnlich aufgebaute Stranggießanlage ist auch aus der britischen Patentschrift
GB 1,179,850 bekannt. Die dort beschriebene Stranggießanlage dient insbesondere zur Herstellung von warmgegossenen Vorblöcken (blooms). Um die Bildung von weiterem Zunder oder die Oxidation der Metalloberfläche zu reduzieren, sieht die dort beschriebene Erfindung vor, eine Substanz auf die Oberfläche des noch warmen Gießstrangs aufzubringen. Unter dem Einfluss der hohen Temperatur auf der Oberfläche des frisch gegossenen Gießstranges schmilzt die Substanz auf und es bildet sich so eine gewünschte Schutzschicht auf der Oberfläche des Gießstranges aus, wobei gleichzeitig vorhandener Zunder oder vorhandene Oxidationselemente (auf-)gelöst werden. Nach Ausbildung der Schutzschicht verhindert diese eine erneute Zunderbildung und eine erneute Oxidation der Oberfläche des Gießstrangs. Die Substanz und damit die Schutzschicht enthalten im Wesentlichen Boroxide oder Alkalimetallborate, wie beispielsweise Borax, oder eine Mischung von beidem. Die aufgebrachte Substanz kann auch feinpulverisiertes Aluminium oder Silicium enthalten.
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Die
GB 1,179,850 scheint die Applikation der Substanz auf den durcherstarrten Gießstrang zu offenbaren. Dafür spricht, dass beim Blockguss, d.h. bei Herstellung eines Gießstrangs in Form eines Blocks, die Durcherstarrung noch innerhalb der Kokille erfolgt und vor dem Auszug des Blocks aus der Kokille, der Block nicht zugänglich ist. Außerdem können die alternativ genannten Applikationsverfahren, wie Eintauchen in ein Bad oder Durchleiten durch ein flüssiges Bett, nur bei durcherstarrten Gießsträngen durchgeführt werden.
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Die Applikation der Substanz auf den durcherstarrten Gießstrang in einer Gießanlage, wo der Gießstrang in einer Strangführungseinrichtung erst lange nach Verlassen der Kokille durcherstarrt, hat den Nachteil, dass der Gießstrang in der Zwischenzeit, d.h. zwischen Verlassen der Kokille und Erreichen der Durcherstarrung wieder oxidieren und/oder Zunder auf seiner Oberfläche ausbilden kann. Außerdem kann der Zugang zu dem Gießstrang in der Gießanlage nach dessen Durcherstarrung erschwert sein durch zahlreiche Maschinen, die zu seiner Bearbeitung in der Gieß-Walz-Linie angeordnet sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Stranggießanlage zum Herstellen mindestens eines Gießstrangs (200) aus Metall dahingehend weiterzubilden, dass ein maximaler Oxidations- und Zunderschutz ohne aufwändiges Handling des Gießstrangs möglich wird.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz auf den noch nicht durcherstarrten Gießstrang aufgebracht wird.
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Der Begriff „Gießstrang“ schließt insbesondere alle Varianten von Lang- und Flachprodukten ein, wie sie im ersten Absatz der Beschreibung beispielhaft aufgelistet sind. Der Begrifft „Gießstrang“ kann auch einen Block meinen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Applikation der Substanz auf die Oberfläche des Gießstrangs nachdem der Gießstrang die Kokille verlassen hat und solange dieser noch nicht durcherstarrt ist. Dementsprechend gering ist die bis dahin aufgetretene Oxidation und/oder Verzunderung der Oberfläche des Gießstrangs. Insofern ist erfindungsgemäß ein maximaler Schutz durch die Applikation der Substanz möglich. Außerdem ist der Zugang zu dem Gießstrang in der Gießanlage bis zu dessen Durcherstarrung noch nicht sonderlich erschwert durch zahlreiche Maschinen, die zu seiner Bearbeitung in der Gieß-Walz-Linie angeordnet sind. Allenfalls könnte der Zugang durch Strangführungsrollen behindert sein, zwischen denen allerdings typischerweise Lücken bestehen, die für die Applikation der Substanz genutzt werden können.
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Die durch die Applikation der Substanz und die dadurch ausgebildete Schutzschicht verlangsamte bzw. reduzierte Oxidation und Zunderbildung auf der Oberfläche des Gießstrangs, auch Abbrand genannt, hat den Vorteil, dass dementsprechend auch der mit dem Abbrand einhergehende Materialverlust reduziert wird. Bei einer Jahresproduktion von 1,5 Mio Tonnen bedeutet der typische Abbrand beispielsweise einen Verlust von 7500 to, der durch die Applikation der Substanz weitgehend eingespart werden kann. Die Menge an verkaufsfähigem Rohmaterial kann somit durch die vorliegende Erfindung erheblich gesteigert werden. Auch wird der Wartungsaufwand an der Gießanlage nennenswert vermindert, da die Menge an herabfallendem Zunder, der ansonsten aufwendig aus der Gießanlage entfernt werden müsste, deutlich reduziert wird. Entsprechend kann erfindungsgemäß auch die Zeit, die traditionell notwendig ist, um die Gießanlage von dem abfallenden Zunder zu reinigen und in der die Gießanlage nicht zur Produktion genutzt werden kann, deutlich reduziert werden. In einem Produktionsjahr sind dies traditionell mehrere Tage.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Applikation der Substanz gleichmäßig über den Umfang des Gießstrangs verteilt. Dies bietet den Vorteil, dass auch die Oxidation und/oder Zunderbildung gleichmäßig über den Umfang verteilt reduziert oder verhindert wird.
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Wenn die Applikation der Substanz dosiert nach Maßgabe der Mengenverteilung des Zunders über den Umfang verteilt auf die Oberfläche des Gießstrangs (200) aufgebracht wird, bietet das den Vorteil einer Kosteneinsparung für die Substanz, weil nicht eine größere Menge der Substanz appliziert wird, als unbedingt notwendig.
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Wenn die Oberfläche des Gießstrangs vor der Applikation der Substanz entzundert wird, hat das den Vorteil, dass die nachträglich aufgebrachte Substanz nicht primär zum Abbau von bereits vorhandenem Zunder, sondern präventiv zum Verhindern einer Neubildung von Zunder oder einer Oxidation verwendet werden kann.
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Speziell die Substanz mit der beanspruchten Zusammensetzung bietet den Vorteil, dass die sich nach ihrer Applikation ausbildende Schutzschicht sehr gut auf der Oberfläche des Gießstrangs haftet. Ihre Anhaftung ist so groß, dass sie mechanischen Belastungen in Folge des Transports des Gießstrangs über Rollengänge, Abschiebeeinrichtungen, Wendekühlbetten, Lagereinrichtungen und Stichabnahmen in Warmwalzgerüsten Stand hält. Auch hält die Schutzschicht thermischen Belastungen in (Wieder-) Erwärmungsöfen Stand.
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Durch die Verwendung von speziellen Pulverkompositionen kann der Schutzfilm auch im kalten Zustand noch vorhanden sein. Damit würde dieser im nachfolgenden Nachwärmofen ebenfalls seine schützende Wirkung entfalten. Durch die längere Prozessdauer m Nachwärmofen bedingt, ist dort auch der Abbrand wesentlich größer als beim Strangguss selbst.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Applikation der Substanz vorzugsweise nach der Sekundärkühlung, immer aber noch vor der Durcherstarrung des Gießstrangs, d.h. i.d.R., aber nicht zwingend noch innerhalb der Strangführungseinrichtung. Die Sekundärkühlung beginnt typischerweise unmittelbar nach dem Auszug des Gießstrangs aus der Kokille. Für die vorliegende Erfindung ist Voraussetzung, dass die Kühlung nicht bis zur völligen Durcherstarrung erfolgt, sondern vorher endet. Genau dieses enge Zeitfenster nach der Applikation des Kühlmittels und vor der völligen Durcherstarrung beansprucht die vorliegende Erfindung zur Applikation der Substanz. Dieses Zeitfenster bietet vorteilhafterweise die früheste Möglichkeit, wann die Oberfläche des Gießstrang überhaupt für die Applikation der Substanz zugänglich ist, denn solange der Gießstrang noch innerhalb der Kokille ist oder solange er danach mit dem Kühlmittel besprüht wird, ist die Applikation der Substanz nicht möglich. Dass das beanspruchte Zeitfenster so früh liegt im Leben des Gießstrangs, bietet es den Vorteil, dass die Zeit für eine mögliche vorherige Oxidation und/oder für eine vorherige Zunderbildung auf der Oberfläche nur recht kurz, nämlich auf die Zeit der optionalen Sekundärkühlung beschränkt ist.
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Die oben genannte Aufgabe wird bezüglich der Stranggießanlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 14 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Stranggießanlage entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen. Das Vorsehen der Detektionsvorrichtung für die Sumpfspitze ist keineswegs zwingend, weil deren Lage typischerweise bei der Planung der Stranggießanlage vor deren Inbetriebnahme berechnet wird.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffend insbesondere die Applikation der Substanz auf die Oberfläche des Gießstrangs, auch in verschiedenen Typen von Stranggießanlagen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Beschreibung sind 3 Figuren beigefügt, wobei
- 1 eine Bogenanlage mit möglichen Orten für die erfindungsgemäße Applikation der Substanz;
- 2 eine Vertikalanlage mit einem möglichen Orten für die erfindungsgemäße Applikation der Substanz; und
- 3 die Applikation der Substanz auf einen Gießstrang in Form eines Langproduktes mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Querschnitt,
zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Gießanlagen 100. Beide Gießanlagen umfassen jeweils eine Kokille 110, die von einem vorgeschalteten Gefäß, z.B. einer Verteilerrinne, mit Metallschmelze befüllt wird. In der Kokille 110 wird der Gießstrang 200 gegossen und primärgekühlt. Der noch nicht durcherstarrte Gießstrang 200, 210 wird sodann aus der Kokille 110 ausgezogen und von einer Strangführungseinrichtung 120 gestützt und geführt. Nach Verlassen der Kokille wird der Gießstrang 200 vorzugsweise zunächst innerhalb der Strangführungseinrichtung sekundärgekühlt. Optional ist weiter stromabwärts eine Detektionseinrichtung (nicht gezeigt) angeordnet zum Detektieren der genauen Lage der Sumpfspitze des Gießstrangs 200. Typischerweise ist die Detektionseinrichtung auf Höhe der grob vorausberechneten Lage der Sumpfspitze 220 angeordnet.
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Bei der Gießanlage gemäß 1 ist die Strangführungseinrichtung 120 bogenförmig ausgebildet (Bogenanlage) zum Umlenken des Gießstrangs 200 aus der Vertikalen in die Horizontale. Erst nach der optionalen Sekundärkühlung 122 wird der Gießstrang 200 vor seiner Durcherstarrung erfindungsgemäß mit Hilfe einer Sprühvorrichtung 130 mit der Substanz beaufschlagt; der noch nicht durcherstarrte Kern des Gießstrangs 200 ist mit dem Bezugszeichen 210 bezeichnet. Durcherstarrt ist der Gießstrang 200 erst hinter der Sumpfspitze 220. Je nach Prozessführung kann die Sprühvorrichtung 130 für die Applikation der Substanz noch innerhalb der Strangführungseinrichtung 120, vor einer Richtmaschine 124 oder danach im vorzugsweise horizontalen Auslauf der Strangführungseinrichtung 120 oder dahinter liegen. Wichtig ist nur, dass in allen Applikations-Positionen der Gießstrang zum Zeitpunkt der Applikation noch nicht durcherstarrt ist.
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Bei der Gießanlage gemäß 2 sind die Kokille 110 und die Strangführungseinrichtung 120 jeweils vertikal ausgerichtet (Vertikal-Anlage). Auch hier wird der Gießstrang 200 zunächst in der Kokille 110 gegossen und primär gekühlt. Sodann wird er in noch nicht durcherstarrtem Zustand aus der Kokille 110 herausgezogen und innerhalb der vertikalen Strangführungseinrichtung 120 sekundär gekühlt. In Gießrichtung gesehen wird der Gießstrang 200 erst nach seiner Beaufschlagung mit dem Kühlmittel für die Sekundärkühlung 122 erfindungsgemäß noch innerhalb der vertikalen Strangführungseinrichtung vor seiner Durcherstarrung, beispielsweise an der Position der Sprüheinrichtung 130, mit der Substanz 30 beaufschlagt. Beim Verlassen der vertikalen Strangführungseinrichtung 120 ist der Gießstrang durcherstarrt und er wird dann in die Horizontale umgelenkt. Wegen seiner zuvor erfolgten Durcherstarrung wird der Gießstrang nach Verlassen der vertikalen Strangführungseinrichtung 120 nicht mehr mit der Substanz 30 beaufschlagt.
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Den in den 1 und 2 gezeigten Gießanlagen können Warmwalzanlagen nachgeordnet sein; diese sind hier aber nicht gezeigt und auch nicht Gegenstand der Erfindung.
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3 zeigt die Applikation der Substanz 30 mit Hilfe der Sprüheinrichtung 130 auf einen Gießstrang 200 für ein Langprodukt mit rechteckigem, hier insbesondere quadratischem Querschnitt. Zum Zeitpunkt der Applikation hat der Gießstrang innen noch einen nicht durcherstarrten Kern 210.
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Bezugszeichenliste
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- 30
- Substanz, insbesondere Pulver
- 100
- Stranggießanlage
- 110
- Kokille
- 120
- Strangführungseinrichtung
- 122
- Sekundärkühlung
- 124
- Richtmaschine
- 130
- Sprüheinrichtung für Substanz
- 200
- Gießstrang
- 210
- nicht durcherstarrter Kern
- 220
- Sumpfspitze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2559692 A1 [0002]
- GB 1179850 [0003, 0004]
