DE1135620B - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Stahl in mit fluessiger Schlacke gefuellte Kokillen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S49656VIa/31c

ANMELDETAG: 21. JULI 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. AUGUST 1962

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen einer Kokille mit Metall bis auf eine bestimmte Höhe, wobei das Metall während des Vergießens mit einer flüssigen Schlackenschicht bedeckt ist, so daß der Metallspiegel nicht sichtbar ist.

Hierbei ist es sehr nützlich, wenn die Höhe des Metallspiegels unter der Schlackenschicht genau festgestellt und das Vergießen des Metalls bei einer bestimmten Höhe des Metallspiegels unterbrochen werden kann. Wenn die einzelnen Gußblöcke merkliche Gewichtsunterschiede aufweisen, kann dies zu erheblichen Verlusten bei der späteren Verarbeitung zu Knüppeln oder Blechen führen. Bekannte Verfahren zur Feststellung der Höhe eines mit einer anderen flüssigen Schicht bedeckten Metalls, wie beispielsweise das Messen mit Lehren, sind nicht genau und lassen weder eine Fernübertragung noch Verstärkung zu.

Zur Bestimmung der Höhe des Metallspiegels unter einer Schlackenschicht ist auch schon die Messung der Potentialdifferenz zwischen Schlackenschicht und Metall herangezogen worden. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht bei der Herstellung von Gußblöcken durch Vergießen von Stahl in eine mit flüssiger Schlacke gefüllte Kokille anwenden. Bekanntlich bestehen derartige Kokillen aus Stahl, und es ist praktisch kaum möglich, die erforderlichen Kontakte in einer derartigen Metallkokille anzubringen.

Es ist ferner bekannt, den Abguß von Metall zu unterbrechen, wenn eine Kokille bis zu einer bestimmten Höhe mit Metall gefüllt ist, die dadurch bestimmt wird, daß der Metallspiegel bei Erreichen dieser Höhe einen Kontakt schließt und dadurch eine Vorrichtung zum Schließen des Abstichloches der Gießpfanne betätigt wird. Dieses Verfahren ist nur anwendbar, wenn auf dem flüssigen Metall keine Schlacke schwimmt. Wenn aber, wie bei den eingangs erwähnten Gießverfahren, das Metall in die Schlacke eingegossen wird, schwimmt auf der flüssigen Metallschicht zunächst eine Schlacken- und MetaUemulsion und erst darüber eine reine Schlackenschicht. Hierbei würde der Kontakt bereits bei Berührung mit der Metall-Schlacken-Emulsion geschlossen und der Gießvorgang daher zu einem Zeitpunkt abgebrochen, der allein von der Höhe der Emulsionsschicht und nicht von der Metallmenge abhängig ist.

Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren zum Gießen von Stahlblöcken mit vorbestimmtem Gewicht in mit flüssiger Schlacke gefüllte Kokillen, bei dem so lange in die flüssige Schlacke Stahl gegossen wird, bis eine in Höhe des vorbestimmten oberen Gießspiegels des Metalls an-Verfahren und Vorrichtung

zum Gießen von Stahl in mit flüssiger

Schlacke gefüllte Kokillen

Anmelder:

Societe d'Electro-Chimie,

d'Electro-Metallurgie et des Acieries

Electriques d'Ugine, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald

und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 23. Juli 1955 (Nr. 696 295)

Andre Greife, Annecy, Haute-Savoie,

Maurice Asselin, Moutiers, Savoie,
und Francois Grandjacques, Brides-LesriBains, Savoie (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

2

geordnete Vorrichtung zur Messung der Leitfähigkeit, die durch das Ansteigen des Stahls oder der Stahl-Schlacken-Emulsion · hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit gegenüber der der reinen Schlacke aufzeigt, worauf das Gießen verlangsamt oder unterbrochen wird, bis die Meßanzeige wieder auf den Wert der abgeschiedenen reinen Schlacke zurückgegangen ist und dann mit langsamer Gießgeschwindigkeit nachgegossen wird, bis die Meßvorrichtung die Leitfähigkeit des reinen Metalls anzeigt.

Beim Vergießen von Metall unter Schlacke entsteht eine Metall-Schlacken-Emulsion, die sich unter Bildung einer flüssigen Metallschicht im unteren und einer flüssigen Schlackenschicht im oberen Teil zersetzt. Beim Eintauchen der Meßvorrichtung in die Schlacke wird deren Leitfähigkeit gemessen. Wenn

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beim anschließenden Vergießen von Metall die Schicht, in die die Meßvorrichtung eingesenkt ist, aus Emulsion besteht, wird eine plötzliche Erhöhung der gemessenen Leitfähigkeit beobachtet. Wird in diesem Augenblick das Vergießen des Metalls unterbrochen oder so stark verlangsamt, daß die Emulsion sich zersetzen kann, schwanken die beobachteten Leitfähigkeitswerte in einem großen Bereich, je nach dem Grad der Zersetzung der Emulsion und der Anreicherung an Schlacke in dem Teil, in dem sich die Meßvorrichtung befindet. Während dieser Zersetzung und bei fortgesetztem verlangsamtem Vergießen des Metalls steigt die Leitfähigkeit bis zu dem Wert des reinen Metalls, der dann erreicht wird, wenn die Trennfläche von Metall und Schlacke die Höhe der Meßvorrichtung erreicht hat.

Dadurch, daß die Meßvorrichtung in einer vorher festgelegten, insbesondere durch Gewicht des Gußblocks, Form der Kokille und des Gießkopfes sowie den Kontraktionskoeffizienten des Metalls bei seiner Abkühlung und Erstarrung bestimmten Höhe angebracht wird, können Gußblöcke gleicher Höhe von gleichem oder fast gleichem Gewicht gegossen werden.

Das Verfahren beruht auf der Veränderlichkeit der mit der Meßvorrichtung während der Gesamtdauer des Vergießens beobachteten Leitfähigkeitswerte und nicht auf absoluten, zu irgendeinem Zeitpunkt während des Vergießens beobachteten Werten. Die für die gleiche Phase beobachteten Absolutwerte sind nicht unbedingt von einem Guß zum anderen gleich, da sie unter anderem von der Form der Kokille, der Art und Form des Meßgerätes sowie von den verwendeten Metall- und Schlackenarten abhängen. Jedoch ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens stets möglich, da dieses auf Richtung und Wert der beobachteten Änderung beruht und nicht auf den jeweils gemessenen Anfangswerten, von denen die Änderung selbst unabhängig ist.

Wie bereits erwähnt, wird nach der Feststellung der beginnenden Veränderung der gemessenen Leitfähigkeit das Vergießen des Metalls verlangsamt fortgesetzt. Es ist jedoch nicht möglich, eine für jeden behebigen Stahl oder jede beliebige Schlacke brauchbare Gießgeschwindigkeit anzugeben. Diese muß um sso kleiner sein, je langsamer die Trennung der Metall-Schlacken-Emulsion erfolgt, beispielsweise wegen einer niedrigen Grenzflächenspannung zwischen Metall und Schlacke.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Ende des Gießens vorausgesehen und deshalb dann abgebrochen werden, wenn die gewünschte Höhe erreicht ist. Hierdurch wird eine Genauigkeit ermöglicht, die durch kein bekanntes Gerät erreicht wird. Bei einem Gußblock von 51 beträgt die Genauigkeit etwa 10 mm der Höhe. Außerdem können die angezeigten Werte fernübertragen und in leicht verständliche Signale umgeformt werden.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dann verwenden, wenn es sich um Abkühlung und Erstarrung des Metalls nach dem Verfahren handelt, bei dem Gußblöcke mit sehr geringer Lunkerbildung dadurch hergestellt werden, daß in der Gießhaube über dem Metall eine verhältnismäßig dicke Schicht flüssiger, heißer Schlacke belassen wird.

In diesem Fall ist nicht nur das Gewicht des je Gußblock vergossenen Stahls von Block zu Block sehr ähnlich, sondern infolge der praktisch ebenen Oberfläche des Gußblocks auch der zu entfernende Teil des Blockkopfes sehr klein und von Block zu Block praktisch gleich.
Die Genauigkeit beim Vergießen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht wird, hat große Vorteile. Es ist bekannt, daß unter Schlacke vergossene Gußblöcke keine oder nur wenig spanabhebende Bearbeitung erfordern und daher ihr Gewicht von ίο Block zu Block durch eine solche Bearbeitung nicht modifiziert wird. Wenn außerdem die hergestellten Gußblöcke nur geringe Lunker aufweisen und ihre Oberfläche praktisch eben ist, so ist der Verlust in der Gießhaube praktisch NuU. oder nur sehr gering is und das gegebenenfalls vom Gußblock am Kopf zu entfernende Stück kann auch keine große Gewichtsveränderung des brauchbaren Metalls von Gußblock zu Gußblock bewirken.

Das Verfahren zur Füllkontrolle kann nach allen Methoden und mit allen Vorrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt werden.

Beispielsweise können zwei Elektroden benutzt werden, von denen sich mindestens eine in der gewünschten Trennfläche zwischen Metall und flüssiger Schlacke befindet. Diese Elektroden werden in einen elektrischen Stromkreis geschaltet, in dem das Medium Metall-Schlacke einen variablen Widerstand darstellt.

Ein derartiges Verfahren ist ebenso für andere Verwendungszwecke geeignet, da hierdurch die Zusammensetzung jeder Mischung von flüssiger Schlacke und Metall, in die ein Meßgerät zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eingetaucht wird, bestimmt werden kann.

Werden beispielsweise zwei Elektroden in die Kokille eingetaucht und in der gleichen Ebene und der gleichen Entfernung voneinander belassen, dann kann dadurch die Art des flüssigen Mediums (Metall, Schlacke, metallreiche Emulsion, schlackenarme Emulsion), das sich in ihrer Ebene befindet, bestimmt werden.

Die Meßvorrichtung kann aber auch aus einer Elektrode bestehen, die am Boden der Kokille angebracht ist und aus einer anderen, beweglichen Elektrode, welche in die geschmolzene Masse nach dem Vergießen des Metalls und der Trennung der beiden Schichten Metall und Schlacke eingetaucht wird. Auf diese Weise läßt sich die Gesamtleitfähigkeit des Mediums messen, das sich zwischen den Elektroden befindet. Wenn sich die bewegliche Elektrode oben in der Masse, d. h. oben auf der flüssigen Schlackenschicht befindet, ist die Leitfähigkeit gering. Wenn diese Elektrode eingetaucht wird, verringert sich die Dicke der Schlackenschicht zwischen den beiden Elektroden, und die beobachtete Leitfähigkeit wachst linear im Verhältnis zu dieser Verringerung, Sobald aber die bewegliche Elektrode mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt, so steigt die Leitfähigkeit plötzlich an.

Die Figuren geben eine beispielsweise Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 stellt einen Stromkreis zur Bestimmung der Höhe des unter Schlacke vergossenen Stahls in einer Kokille dar, sowie den Umformer- und Verstärkerkreis für die durch den Meßkreis angezeigten Werte; Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Vorrichtung für die Anbringung der Elektroden.

In Fig. 1 ist die Meßvorrichtung schematisch dargestellt. Sie besteht aus zwei Elektroden E₁ und E₂, die sich in der Kokille auf der Höhe befinden, in der man das Vergießen des flüssigen Metalls unterbrechen will, und einem elektrischen Stromkreis, bestehend aus einer Gleichstromquelle B₁, dem Widerstand r des Mediums, in das die Elektroden eintauchen, einem Amperemeter A, und einem Regelwiderstand R₁.

Mit Hilfe eines Voltmeters V wird die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten 1 und 2, d. h. zwischen den Elektroden E₁ und E₂, gemessen. Der Wert des Widerstandes .R₁ kann so eingestellt werden, daß man im Anfang jeder Verfahrensstufe den gleichen Wert für die anfängliche Spannungsdifferenz erhält.

Diese Meßvorrichtung kann je nach Art der industriellen Anwendung mit Übertragungs- oder Verstärkungsschaltungen verbunden werden.

Beispielsweise kann die in Fig. 1 ebenfalls dargestellte Umformerschaltung benutzt werden, die die mit Hilfe der Meßschaltung beobachteten schwachen Spannungsdifferenzen zwischen den Elektroden in Wechselsignale akustischer Frequenzen umwandelt, die sofort verständlich hörbar sind, verstärkt werden können und für Fernübertragung geeignet sind.

Die Hauptbestandteile dieser Vorrichtung sind der Kondensator C, die Elektronenröhre Th (Thyratron-Tetrode, die festen Widerstände R₂ und R₂' und die Gleichstromquelle genügend hoher Spannung B₃. (Dieser Gleichstrom kann ein gleichgerichteter und stabilisierter Wechselstrom sein).

Der Gitterkreis der Röhre besteht außerdem aus einem Widerstand R₃, dem festen Widerstand R_i und einem Stromkreis mit zwei Potentiometern P₁ und P₂, einer Gleichstromquelle B₂ und einem Regelwiderstand R₅. Die Ausgänge des Widerstandes R₃ sind jeweils mit den Punkten 1 und 2, d. h. mit den Elektroden E₁ und E₂, so verbunden, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand R₃ der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden entspricht. Die Kondensatorzuführungen sind ebenfalls mit einem Stromkreis verbunden, der ein Potentiometer P₃ enthält, an dessen Ausgang ein Verstärker/) angeschlossen ist.

Das Prinzip der Vorrichtung ist folgendes: Der Kondensator C wird durch die Spannungsquelle B₃ mit einer Geschwindigkeit aufgeladen, die von dem Wert des Widerstandes R₂ abhängt. Zu einem gewissen Zeitpunkt, der einerseits durch die Spannung am Kondensator gegeben ist, und andererseits durch die Gitterspannung des Gitters 11 des Thyratrons, entlädt sich der Kondensator C über das Thyratron. Durch das wechselseitige Aufladen und Entladen des Kondensators C werden in dem von der Quelle B₃ gespeisten Stromkreis elektrische Schwingungen akustischer Frequenz erzeugt. Das so von Wechselstrom akustischer Frequenz durchflossene Potentiometer P., speist eine Schaltung zur Verstärkung dieser Oszillation. Die Frequenz dieser Schwingungen, also die Höhe der übertragenen akustischen Signale, hängt von der Spannung an den Ausgängen des im Gitterkreis liegenden Widerstandes R₃ ab und somit von der Spannung zwischen den "Elektroden E₁ und E.,. Durch das Potentiometer P₁ kann die Vorrichtung den Arbeitsbedingungen (Art des Metalls, der Schlacke, der Elektroden, deren Entfernung usw.) angepaßt werden. Das Potentiometer P₂ wird zur Justierung der Vorrichtung im Falle eines Austauschs der Röhre benutzt.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat die folgenden Vorteile:

1. Sofortiges Ansprechen der Vorrichtung.
2. Die akustischen Signale für Schlacke, Emulsion aus Metall und Schlacke und Metall sind vollkommen verschieden, so daß in jedem Augenblick der Zustand des Metalls in der Kokille bestimmt werden kann.

ίο 3. Die Kontrollvorrichtung ist einfach, stabil und den verschiedenen Arbeitsbedingungen anpaßbar.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung der Elektroden, wobei die Kokille im Halbschnitt dargestellt wird. Die Kokille ist mit 1 bezeichnet; 2 bezeichnet den Schrumpfring der Gießhaube, 3 den feuerfesten Teil im Innern der Gießhaube, 4 die Gießschnauze für die Schlacke, 5 und 6 die Elektroden, 7 das Isoliermaterial für die Verkittung der Elektroden, 8 die Höhe des flüssigen Stahls zum Zeitpunkt, in dem das Vergießen abgebrochen wird und 9 die obere Höhe der flüssigen Schlacke zum gleichen Zeitpunkt.

Beispiel

Ein nichtrostender Chrom-Nickel-Stahl vom Typ 18/8 wurde unter Schlacke nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren und unter Verwendung der beschriebenen Meßvorrichtung vergossen. Die Schlacke hatte folgende Zusammensetzung:

SiO.,

32

CaO

21

Al₂O₃
19

MgO Na₃O TiO.,

10

Die Kokille hatte die übliche Form. Die Gußblöcke wogen 5000 kg. Zwei Elektroden (E₁ und E₂) aus Graphitstäben von 10 mm Durchmesser waren in die Wandungen der Gießhaube durch Isoliermaterial aus tonhaltiger Erde auf der Höhe eingekittet, auf der das Vergießen des Metalls abgebrochen werden sollte. Die Elektroden ragten 3 bis 4 cm über die innere Wandung des Gießkopfes hinaus, und ihre Enden waren etwa 30 cm voneinander entfernt. Die Stromquelle B₁ war ein Akkumulator von 6 V. Der Regelwiderstand R₁ hatte etwa 6 Ohm. Das von O bis 6 V eingeteilte Voltmeter hatte einen Innenwiderstand von 10 000 Ohm je Volt. Die auf dem Voltmeter abgelesenen maximalen Werte lagen bei 1 V, wenn sich Schlacke zwischen den Elektroden befindet und bei 0,3 V, wenn sich Metall zwischen ihnen befindet.

Bei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen wurden Stahlblöcke hergestellt, deren Gewicht zwischen 5010 bis 5050 kg schwankte, entsprechend einem Höhenunterschied von 10 bis 12 mm.

Zur Erzielung einer derartigen Genauigkeit wurde Stahl mit einer Geschwindigkeit von 21/Sek. vergossen, bis das Voltmeter zu schwingen anfing (bei etwa 0,3 bis 1 V); dann wurde das Vergießen des Metalls einige Sekunden unterbrochen und mit einer Geschwindigkeit von 11/Sek. wieder fortgesetzt, bis das Voltmeter sich auf einen Wert von 0,3 V einstellte.

Die Meßvorrichtung war mit einem Umformer der vorstehend beschriebenen Art verbunden. Als Röhre wurde eine 2D21-Röhre benutzt. Die Werte für die verschiedenen Spannungsquellen waren für B_ä 3 V,

für B₃ 110 V. Die Widerstände hatten folgende Werte:

R₂ = 270 000 Ohm,
R, = 5 000 Ohm,

R₃ = 1000 Ohm,
R_s = 100 Ohm.

Die Potentiometer hatten folgende Werte:
P₁ = 100 Ohm, P₂ = 150 Ohm.
Der Durchgang von Schlacke zu Metall-Schlacken-

Emulsion und schließlich zu Metall erzeugte Töne verschiedener Intensität für jedes dieser Medien.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von Stahlblöcken mit vorbestimmtem Gewicht in mit flüssiger Schlacke gefüllte Kokillen, dadurch gekennzeichnet, daß so lange in die flüssige Schlacke Stahl gegossen wird, bis die in Höhe des vorbestimmten oberen Gießspiegels des Metalls angeordnete Vorrichtung zur Messung der Leitfähigkeit die

durch das Ansteigen des Stahls oder der Stahl-Schlacken-Emulsion hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit gegenüber der der reinen Schlacke aufzeigt, dann das Gießen verlangsamt oder unterbrochen wird, bis die Meßanzeige wieder auf den Wert der abgeschiedenen, reinen Schlacke zurückgegangen ist und dann mit langsamer Gießgeschwindigkeit nachgegossen wird, bis die Meßvorrichtung die Leitfähigkeit des reinen Metalls anzeigt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Gleichstromkreis mit zwei Elektroden in Verbindung mit einem zweiten Stromkreis, in dem die durch Änderung der Leitfähigkeit bedingten Spannungsschwankungen zwischen den beiden Elektroden durch Modulation in hörbare Frequenzen umgewandelt und verstärkt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 505 225, 623 555.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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