DE1508773A1

DE1508773A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Metallen,insbesondere von Stahl

Info

Publication number: DE1508773A1
Application number: DE19661508773
Authority: DE
Inventors: Glaesener Dipl-Ing Ernest
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1965-12-06
Filing date: 1966-12-01
Publication date: 1969-11-20
Also published as: SE350207B

Description

Verfahren und Vorrichtung zumGiessen von Metallen, insbesondere von Stahl

Die klassischen Verfahren zum Giessen von Metallen, insb» sondere von Stahl, lassen sich hauptsächlich in zwei große Klassen einteilen, nämlich das Fallendgießen und das steigende Gießen. Das Fallendgießen zeichnet sich durch das Ausfließen eines Metallstrahles aus, der unter der Einwirkung eines ferrostatischen Drucks am Boden des das flüssige Metallbad enthaltenden Gefäßes ausströmt, das gewöhnlich Gießpfanne genannt wirdo Unter der Einwirkung der Fallkraft, zu der noch die Druckkraft der Metallbadhöhe in der Gießpfanne hinzukommt, schlägt der flüssige Metallstrahl auf den Kokillenuntersatz auf« Das steigende Gießen ist durch einen in der Kokille nach oben steigenden Metallstrahl gekennzeichnet, nachdem die im Strahl gespeicherte Fallkraft in der ( Zufuhrkokille, auch Gespann genannt, gebrochen worden ist. Gewöhnlich beliefert das Gespann gleichzeitig mehrere Gießkokillen.

Die beiden genannten Gießmethoden weisen jedoch jede für sich Vor- und Nachteile auf.

Was das Gießen als solches allein betrifft, ist das Fallendgießen wirtschaftlicher und findet auf Grund der Tatsache, daß es keine besonderen Vorbereitungen erforderlich macht, allgemeine Anwendung für unberuhigten Stahl. Es weist jedoch den großen Nachteil der Bildung von Blockschalen auf, falls keine

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entsprechenden kostspieligen (Jegenmaßnahmen ergriffen werden» Das Fallendgießen findet nur selten Anwendung auf beruhigten Stahl, weil der so erhaltene Gießblook eine sehr unreine Oberfläche aufweist, was ein anschließendes Putzen erforderlich macht. Dasselbe wird gewöhnlioh am Vorblook oder an der Bramme durchgeführt, um zu vermeiden, daß die Oberflächenfehler auch am Endprodukt auftreten·

Das steigende Gießen ergibt dagegen im Falle von beruhigtem oder legiertem Stahl eine weit sauberere Blockoberfläche· Leider ist das steigende Gießen vom Nachteil einer stärkeren Anreicherung von Einschlüssen im Metall begleitet» Diese Einschlüsse stammen zum Teil von den aus feuerfestem Material bestehenden Zufuhrkanälen und ihre Bildung ist außerdem von dem !instand begleitet, daß das Metall infolge einer relativ geringen Gießgesohwindigkeit eine Temperaturerniedrigung erfährt, und daß das Dekantieren der Einschlüsse in entsprechender Weise schwieriger von statten geht. Abgesehen von seinem metallurgischen Vorteil verlangt das steigende Gießen aus mehreren Gründen einen. größeren Aufwandt

1. Die Vorbereitung von Untersatz, Gespann und Zufuhrkanälen benötigt viel Arbeit und feuferfeste Stoffe.

2. Wegen der für die Vorbereitung des Untersatzes benötigten Zeitdauer und des Vorhandenseins einer größeren Zahl von Untersätzen ist der Produktionsrythmus niedriger.

3o Die Verluste, die dadurch entstehen, daß Metall im Gespann und in den Zufuhrkanälen erstarren bleibt, sind nicht zu vernachlässigen·

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile der beiden genannten Gießmethoden am besten miteinander zu vereinigen, dies sowohl vom metallurgischen als auch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus betrachtet.

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Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ermöglicht die Beibehaltung der schnellen Verfahrensweise des Pallendgießens und gleichzeitig tie Ausnutzung der das steigende Gießen begleitenden Vorteile, hauptsächlich hinsichtlich einer gesünderen Biookoberflache· Erfindungsgemäß wird unmittelbar an die Gießpfanne,und zwar unter dem Ausguß derselben ein Rohr angebracht, das fast bis auf den Boden der Kokille reicht, wobei dieses Rohr aus einem Verbrauchsmaterial ader/ und vorzugsweise aus einem feuerbeständigen Material bestehen kann. Der Gießstrahl wird somit gegen den Zutritt der Außenluft geschützt, so daß die Oxydation von Bestandteilen, welche aydische Einschlüsse zu bilden vermögen, vollkommen unterbleibt. Dieser Umstand allein ist schon von außerordentlicher Bedeutung, da doch wiederholt gezeigt werden konnte, daß die im Endprodukt auftretenden feinen Einschlüsse auf die Oxydation des Metallstrahles während des Gießens zurückzuführen sind. Selbst beim steigenden Gießen wird der Gießstrahl der oxydierenden Wirkung der Außenluft ausgesetzt, denn aufgrund seiner Ausfließgeschwindigkeit saugt er eine gewisse Luftmenge an und bringt dieselbe in das Metall hinein. Die verschiedenen Beetandteile des LIetallbades, besonders das Eisen infolge seiner starken Anreicherung, besitzen eine gewisse, von Bestandteil zu Bestandteil variierenden Affinität zum Sauerstoff, Da das Eisen weiterhin ein bestimmtes Lösungsvermögen für verschiedene Oxyde, etwa für PeO und MnO aufweist, das mit sinkender Temperatur abnimmt, führen dieee Oxyde zu Einschlüssen, die nicht mehr dekantieren können und somit im Metall festgehalten werden. Für die Gewinnung eines reinen Metalls ist es darum von größtem Nutzen, daß eine Oxydation des Gießstrahls vermieden wird.

Wie bereits weiter oben angegeben wurde, kann das Gießrohr bis auf den Boden -.er Kokille reichen, am besten bis zu einem Abstand von nur einigen Zentimetern vom Kokjllenuntersatz. Vorzugsweise läßt man das Metall erst langsam ausgießen, bis es eine solche Höhe in der Kokille angenommen hat, dat die Fallkraft des Strahls praktisch durch die bereits vergossene Metal lmenge aufgefangen werden konn_t Danach kann die Gießgeschwindigkeit nach Wunsch reguliert wurden, ohne dai;

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eine Gefahr des Verspritzens oder ähnlicher Vorgänge besteht.

Erfindungsgemäß kann man weiterhin so vorgehen, daß die Gießpfanne mit steigender Höhe des Metalls in der Kokille angehoben wird, d.h. daß das Gießrohr mit angehoben wird, wobei darauf zu achten ist, daß das untere Ende des Gißerohres im Metallbad untergetaucht bleibt. Erfindungsgemäß kann das untere Ende des Gießrohres allerdings auch bis auf einen geringen Abstand über der Oberfläche des flüssigen Metalls he raus ragen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf das Vorhandensein eines einzigen Gießrohres beschränkt· Es können vielmehr in vorteilhafter Weise auch mehrere Gießrohre an einem Zwischenbehälter befestigt werden. Um eine Oxydation des Gießstrahles zwischen der Gießpfanne und dem Zwischenbehälter durch die Außenluft zu vermeiden, wird in dem Fall ein relativ kurzes Zufuhrrohr wie vorhin beschrieben an der Gießpfanne befestigt. Dieser Zwischenbehälter von der Art eines Tundish wird mit mehreren Gießrohren versehen, deren Zahl davon abhängt, wieviele Blöcke gleichzeitig gegossen werden sollen, und dient als Vorrat für diese Gießrohre. Dieser für die Verteilung des flüssigen Metalle vorgesehene Zwischenbehälter kann schwenkbar angebracht sein, um die Belieferung der verschiedenen Gießrohre besser lenken zu können. Sämtliche Zufuhrkanäle sind gegen den Luftzutritt geschüfzt, wodurch eine Oxydation des Metalls vermieden wird. Das Zwischenschalten eines solchen Zufuhrbehälters kann ebenfalls bei Vorhandensein nur eines Gießrohres angewandt werden.

Genau wie im Falle eines einzigen Rohres können die in größerer Zahl vorhandenen Gießrohre während der gesamten Gießdauer bis fast auf den Boden der Kokille eingetaucht bleiben. Das gesamte Gießsystem kann aber auch mit steigender Höhe des flüssigen Metalls in den Kokillen allmählich angehoeben werden. Eine solche Gießanordnung führt zu dem gleichen metallurgischen Ergebnis wie das klassischen

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steigende Gießen, weist gegenüber diesem jedoch den Vorteil auf, daß die Zufuhrkanäle für den nächstfolgenden Gießvorgang erneut benutzt werden können, und daß kein Verlust an Metall eintritt· Der Produktionsrythmus kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise beschleunigt werden, ohne daß es notwendig ist, die mühevolle Arbeit der Vorbereitung der Gießplatte in der Hitze vorzunehmen, was beim steigenden Gießen unentbehrlich ist.

Das Verfahren der Erfindung ist insbesondere zum Gießen von Stahl aus dem IFrischofen in die Gießpfannen geeignet· Bekanntlich erfolgt das irischen mit dem Ziel, einen Stahl oder eine Stahllegierung einer ganz bestimmten chemischen Zusammensetzung zu gewinnen· Es ist daher sehr wichtig, daß beim Vergießen des gefrischten Metalls keine Veränderung seiner chemischen Zusammensetzung eintritt, und daß eine Berührung des Metalls mit Luftsauerstoff nach Möglichkeit vermieden wird. Das gleiche gilt auch für die Schlacke, da Teile derselben beim Vergießen des Metalls mitgerissen werden können· Eine Änderung der Schlacken-Zusammensetzung ruft eine Störung des zwischen ihr und dem gefrischten Metall bestehenden Gleichgewichtes und darum auch eine Änderung der Zusammensetzung des Metalls hervor.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem das Metall durch ein Ausgußrohr fließt, das dicht am Austritt der Gießöffnung des Frischofens angebracht ist, wird jede Veränderung der Zusammensetzung des gefrischten Metalls sicher vermieden. Dabei gelangen mitgerissene Schlackenteilchen bis auf den Grund der gegossenen Metallsäule und steigen von dort infolge des zwischen Schlacke und Metall bestehenden großen Dichteunterschiedes rasch an die Oberfläche des Metallbades. Eine Änderung der Zusammensetzung von etwa mitgerissenen Schlackenteilen kann nicht eintreten, da deren Fortbewegung durch das Bad beim Wiederaufsteigen nach oben unter vollkommenen Luftausschluß erfolgt.

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Das Einbringen von Legierungszusätzen in die Gießpfanne» beispielweise von flüssigem Ferromangan, kann erfindungsgemäß ebenfalls mit Hilfe ein*β in das Metall eintauchenden Rohres erfolgen. Auf diese Weise gelangen die Legierungszusätze direkt in Berührung mit dem Metallbad, das im Falle der Zugabe von Desoxydationsmitteln leichter desoxydiert wird· Eine Reaktion der Legierungszusätze mit der Schlacke kann nicht stattfinden· Hieraus ergibt sich eine größere Reinheit des Metalls und eine bessere Legierungsausbeute·

Erfindungsgemäß lassen sich in vorteilhafter Weise Legierungszusätze und Desoxydationsmittel in das Bad einbringen, die ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisen als das Frischeisen, beispielweise Aluminium.

Ein weiterer erfindungsgemäß erreichbarer Vorteil besteht darin, daß im Falle des Vorhandenseins von Phosphorsäureanhydrid in der Schlacke eine Re-Phosphorierung praktisch vollkommen ausgeschaltet werden kann.

Die beiliegenden Figuren sind eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß benutzten Vorrichtung, ohne allerdings eine Beschränkung des Erfindungsumfanges zu bedeuten· Mit ihrer Hilfe soll die Erfindung durch das folgende Beispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 vermittelt einen Einblick in das Gießen mit Hilfe eines einzigen Gießrohres, das während der gesamten Gießdauer in einem bestimmten Abstand vom Untersatz der Kokille bleibt· Die Gießpfanne (1gl ist mit einer gewöhnlichen Stopfenstange (2) und einem verlängerten Ausguß (3) versehen· Das Gießrohr(7) befindet sich in einem Abstand von ungefähr 8 cm vom Untersatz (6), so daß die Oberfläche des flüssigen Metallbades (4) in der Kokille (5) den unteren Teil des Gießrohres sehr schnell übersteigt. Das vorher in die Kokille eingeführte Gießrohr wird mittelns einer einfachen Vorrichtung (8) in dem Augenbliok an die Gießpfanne festgemacht, zu welchem sich dieselbe über der Kokille befindet»

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In Hg. 2 wird die gleiche Gießanordnung gezeigt, bei der das Grießrohr während des Gießens allerdings nach und nach angehoben wird, während der gesamten Gießdauer jedoch in das Metall eingetaucht bleibt.

In Pig. 3 wird das gleichzeitige Gießen von mehreren Blöcken gezeigt, wozu ein gerne! isamer Zufuhrbehälter (9) dient, der schwenkbar angeordnet οβin kann. Der hauptsächliche Gießstrahl wird mit Hilfe des kurzen Gießrohres (1o) gegen die Außenluft geschützt· Jeder Gießstrahl kann naoh Wunsch mitteIh einer kleinen Stopfenstange (11) zum Stehen gebracht werden. Die Zufuhrkanäle (12) sind leicht nach unten geneigt, so daß nach jedem Gießvorgang das gesamte Metall ausfließt. a Der nur ein geringes Passungsvermögen (13) besitzende zentrale Zufuhrbehälter kann nach erfolgtem Gießen von einem Kran weggenommen werden und entleert werden, so daß gar kein Verlust an Metall eintritt.

Gemäß Pig· 4 gelangt das aus dem Frischofen (21) durch die Gießöffnung (22) austretende Metall durch das Ausgußrohr (23) in die Gießpfanne ( 24)» die sich auf dem Transportwagen (25) befindet· Der untere Teil des Ausgußrohres befindet sich in geringem Abstand vom Boden der Gießpfaine und taucht somit schnell in das Mdtall (27) ein· Sobald die Metalloberfläche eine bestimmte Höhe in der Gießpfanne erreicht hat, wird das zum Einbringen der Legierungszusätze (26) dienende Rohr durch j die Schlaokensohicht ( 28) in das Metallbad getaucht. Falls es sioh dabei um Zusätze einer höheren Dichte handelt, beispeilsweise um Ferromangan in Stücken, erfolgt die Zugabe direkt durch das Bohr als solches in das Metallbad. Handelt es sich dagegen um leichtere Zusätze, dann wird das dieselben aufnehmende Bohr an seinem unteren Ende mit einem ziemlich dünnen Blech verschlossen und zu Beginn tiefer in das Bad getaucht, um anschließend nach Schmelzen des Bleches leicht zurückgezogen zu v/erden· Dabei ist allerdings darauf zu achten, daß sein unteres Ende unterhalb der Schlackenschicht eingetaucht bleibt.

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Das erfindungsgemäß benutzte Rohr (23) kann aus feuerfestem Material oder aus Metall bestehen. Als Metall .oder Metallegierung kann sowohl ein bei der Sohmelzbadtemperatur beständiges als auoh ein bei dieser Temperatur in Lösung gehendes Metall verwendet werden. In letzterem lall muß das Metall so gewählt werden, daß dasselbe stets bis zu einer gewissen Tiefe unter die Badoberfläche eintaucht.

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Claims

Patentansprüche

1, Verfahren zum Gießen eines Metalls in eine Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen mit Hilfe eines Gießrohres erfolgt, welches den Gießstrahl gegen denZutritt von Luftsauerstoff schützt und bald in das flüssige Gießgut eintaucht, wobei dasselbe vorzugsweise fast bis an den Boden der Kokille reichte

2«, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr aus einem bei der Schmelzbadtemperatur beständigen, gegebenenfalls feuerfesten Material oder auch aus einem sich bei der Schmelztemperatur im Bad auflösenden Metall besteht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr am Ausguß der Gießpfanne befestigt ist.

4o Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr mit der Gießanordnung während des Gießens mit steigender Höhe des flüssigen Metalls in der Kokille allmählich angehoben wird, wobei der untere Teil des Gießrohres in das flüssige Metall eingetaucht bleibt bzw· nur leicht über dessen Oberfläche herauaragt.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen aus einem zwischengeschalteten Zufuhrbehälter erfolgt, der ein oder auch mehrere Gießrohre beliefern kann·

^- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, --. daß die gesamte Gießanordnung während des Gießens allmählioh

_i angehoben wird, wobei das untere Ende des bzw, der Gießrohre

^ in das flüssige Metall in d#r bzw. den Kokillen eingetaucht bleibt, oder daß das bzw· die Gießrohre leicht über der Oberfläche des flüssigen Metalls hervorragen. ORIGINAL INSPECTED

7· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf das Gießen von Eisen aus einem Frischofen,

8» Verfahren nach Anspruoh 7» dadurch gekennzeichnetι daß auch Legierungszusätze und/oder Desoxydationsmittel durch ein in das Metallbad eintauchendes Bohr der Gußmasse zugesetzt werden,

9 β Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß sioh unmittelbar an der Gießpfanne (1) , und zwar unter dem Ausguß ( 3) derselben, ein Rohr (7) befindet, das unter die Oberfläche des flüssigen Metallbades (4) in der Kokille (5) herunterreicht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr (1o) in einem gegebenenfalls schwenkbaren Zwischenbehälter (9) mündet, der durch mehrere leicht geneigte Zufuhrkanäle (12) mitb mehreren Kokillen in Verbindung steht,

11, Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr (23) sich an der Gießöffnung (22) eines Frischofens (21) befindet und in die auf einem Transportwagen (25) befindliche Gießform (24) hineinragt, in die gleichzeitig ein weiteres Bohr (26) zum Einbringen von Legierungszusätzen hineinreicht.

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