DE1558253C2

DE1558253C2 - Lenkung des Strömungsweges innerhalb eines Tiegels beim Strangangießen von Metall an einem festen metallischen Kernstrang

Info

Publication number: DE1558253C2
Application number: DE1558253A
Authority: DE
Inventors: Roland Polk Schenectady N.Y. Carreker Jun. (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1967-05-13
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1186592A; SE307629B; DE1558253B1; US3466186A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkung des Strömungsweges innerhalb eines Tiegels beim Strangangießen von Metall an einem festen metallischen Kernstrang, der von unten nach oben durch den geschmolzenes Metall enthaltenden Tiegel geführt wird, so daß sich das geschmolzene Metall am Kernstrang, bei dessen Durchgang ansetzt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens in einem von außen beheizbaren Tiegel, der im Boden eine Öffnung zur Einführung des metallischen Kernstranges und Einrichtungen für die Zufuhr von geschmolzenem Metall in den Tiegel aufweist.

Bei dem bekannten Strangangießen nach der eingangs genannten Art, das mit einer eingangs genannten bekannten Vorrichtung durchgeführt werden kann, besteht insbesondere bei der großtechnischen Durchführung dieses Verfahrens die Gefahr, daß sich Knoten oder knotenartige Unregelmäßigkeiten am erzeugten Strang bilden. Diese metallischen Knoten haben im allgemeinen die Form einer Glocke, die sich symmetrisch um den aufsteigenden Kernstrang ausbilden. Diese Fehler des beim Stangangießen erhaltenen Produkts variieren in der Größe von kaum wahrnehmbaren Ansätzen bis zu mehr als dem doppelten normalen Durchmesser des austretenden Stranges. Die Fehler treten offensichtlich in Abhängigkeit von den herrschenden Bedingungen intermittierend in Abständen von 30 cm bis zu mehreren Metern und zuweilen in Abhängigkeit von anderen, Bedingungen fast periodisch auf. Diese Fehler können zu größeren Querrissen beim Warmwalzen des erzeugten Stranges führen, bei dem diese Knoten beseitigt werden.

Zwar ist aus der französischen Patentschrift 1 433 230 ein Verfahren zum Erzeugen eines Stahlstranges bekannt, wonach flüssiger Stahl aus einem ■ Vorratsraum über eine Staukante fließt, auf einem Bleibad erstarrt und als Band abgezogen wird, jedoch finden sich hier keinerlei Anregungen, um die

ίο oben geschilderten Nachteile zu vermeiden. Ebenso ist aus der deutschen Patentschrift 866 079 eine Vorrichtung bekannt, die zum Gießen eines Stranges dient, indem durch Einleiten von flüssigem Stahl von unten her ein Strang gebildet wird, während das Bleibad im Gefäß zur Kühlung dient, jedoch sind auch hier keine Maßnahmen zu entnehmen, die dazu die- ■ ncn könnten, beim Angießverfahren auftretende Mangel des ungleichmäßigen Strangzuwachses zu beseitigen. , .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die beim Angießen von Metall an einem festen metallischen Kernstrang auftretenden Mängel des ungleichmäßigen Strangzuwachses vermeiden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das nachzufüllende geschmolzene Metall in dem Ringraum zwischen der Tiegelinnenwand und einem konzentrisch zum Kernstrang im Tiegel angeordneten, rohrförmigen Einsatzkörper nach unten strömt, durch bodenseitige Öffnungen des Einsatzkörpers nach innen und im Innenraum des Einsatzkörpers durch den Zug des Kernstrangs nach oben geführt wird, und das der Schmelze von der Tiegelwand her Wärme zugeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung der eingangs genannten. Art zur Durchführung dieses Verfahrens, das durch einen im Tiegel konzentrisch zum Kernstrang angeordneten rohrförmigen Einsatzkörper aus feuerfestem Material mit Öffnungen in seinem dem Tiegelboden zugekehrten Bereich für den Durchtritt des Metalls in das Innere des Einsatzkörpers, durch den der Strang von unten nach oben läuft, gekennzeichnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert;

F i g. 1 stellt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Strangangießen von Metall an einen festen metallischen Kernstrang dar.

F i g. 2 ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g. 1 und veranschaulicht die Anordnung der Umlenkwand. ·

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird ein Kernstrang 10, an den das Metall angegossen wird, gereinigt und durch nicht dargestellte bekannte Vorrichtungen, einem Tiegeleingang 14 eines Tiegels 12 unter Vakuum zugeführt. Hierbei wird der Kernstrang beim Eintritt in den Tiegel 12 durch eine Büchse in ein Band 18 aus geschmolzenem Metall geführt. Das flüssige Metall wird dem Band 18 durch ein Graphitrohr 24 von einer nicht dargestellten Quelle zugeführt. Die Wärmezufuhr erfolgt durch eine Induktionsheizspule 22, mit der Temperatur des Bades 18 oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls gehalten wird. Der Tiegel 12, der im wesentlichen aus einem Graphitbehälter 20 besteht, ist ferner mit einem Deckel 26 versehen, der die Regelung von

Temperaturen und der über dem Bad 18 befindlichen Atmosphäre erleichtert. Der Kernstrang 10, der durch das Angießen von Metall vergrößert wird tritt durch die Ausgangsöffnung 28 aus.

Zunehmende Badhöhen sind vorteilhaft, wenn das Strangangießverfahren mit höheren linearen Geschwindigkeiten des Kernstrangs 10 durchgeführt werden soll. Die vergrößerte Badhöhe hat jedoch einen erhöhten Druck des flüssigen Metalls am unteren Ende des Tiegels 12 zur Folge, und durch die erhöhte lineare Geschwindigkeit des Kernstrangs 10 wird an der im Boden des Tiegels 12 angebrachten Büchse 16 Wärme mit höherer Geschwindigkeit als bei langsameren Angießgeschwindigkeiten entzogen.

Ohne weitere Maßnahmen bildet sich zwischen der Außenseite der Büchse 16 und der Innenseite des Graphitbehälters 20 eine Strömung aus flüssigem Metall aus. Die Maßnahme, durch die ein Austritt von Metall an dieser Stelle verhindert und eine Büchse 16 ohne diesen Austritt von Metall an dieser Stelle eingesetzt werden kann, besteht darin,, daß in. Längsrichtung der Büchse 16 eine Temperaturdifferenz derart aufrechterhalten wird, daß das innere Ende bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls und das Außenende bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des flüssigen Metalles gehalten wird. Durch diese Temperaturdifferenz wird der Austritt von flüssigem Metall durch die Erstarrung des Metalls verhindert, das in die möglichen Strömungswege zwischen dem Graphitbehälter 20 und der Büchse 16 fließt.

Es ist jedoch offensichtlich, daß es bei einer Senkung der Temperatur des flüssigen Metalls am unteren Ende des Tiegels als Folge der Tatsache, daß der bei einer niedrigeren Temperatur gehaltene Kernstrang 10 schnell mit der Büchse 16 in Berührung gebracht und durch die Büchse 16 geführt wird, nicht genügt, diesem Teil des Tiegels Wärme zuzuführen, um diese Abkühlung auszuschalten. Der Grund hierfür liegt darin, daß jede Zuführung von Wärme beispielsweise durch die Heizelemente 22 teilweise von der Beseitigung des Wärmegradienten abhängen muß, der, wie festgestellt wurde, die wirksame Abdichtung zwischen der Büchse 16 und dem Graphitbehälter 20 bewirkt.- ■

Die Zuführung von Wärme zum unteren Ende des Tiegels durch Erhitzen des flüssigen Metalls im Tiegel auf eine höhere Temperatur hat ferner die nachteilige Wirkung, daß der Wirkungsgrad des Strangangießens verschlechtert wird. Ein verschlechterter Wirkungsgrad ist die Folge, wenn ein Metall· bei einer Temperatur angegossen wird, die wesentlich oberhalb der Schmelztemperatur liegt, da ein Teil der Wärmekapazität des Kernstrangs bei der Senkung der Temperatur des anzugießenden Metalls auf die Gießtemperatur verbraucht wird, bevor das Mefair durch Absorption der zusätzlichen Wärme, die die latente Schmelzwärme des angegossenen Metalls darstellt, in den Kernstrang erstarrt werden kann.
. Hohe Bäder sind somit für hohe Gießgeschwindigkeiten zwar erwünscht, jedoch ist die Durchführung des Verfahrens mit diesen Bädern bei der hohen Temperatur unerwünscht wegen des verschlechterten Wirkungsgrades des Betriebs. Ferner kann durch Zufuhr von Wärme am Tiegelboden der Flüssigkeitsverschluß zerstört werden, der hauptsächlich durch die Einhaltung des Temperaturgradienten vom geschmolzenen Metall des Tiegels zum erstarrten Metallverschluß um die Büchse 16 aufrechterhalten wird.

Die Ursache des ungleichmäßigen Strangzuwachses des durch das Strangangießverfahren gebildeten Stranges liegt aber darin, daß nicht der genaue Temperaturausgleich in dem Tiegel aufrechterhalten wird, indem· ein sehr schneller Wärmeaustauschprozeß stattfindet (das Metall wird beispeilsweise mit einer Geschwindigkeit von mehr als 90 kg/min aus

ίο dem Tiegel abgezogen, der eine Schmelzbadhöhe von 37.5 cm und einen Durchmesser von 15 cm hat).

Die Ausbildung einer gleichmäßigeren Temperatur der Schmelze im.Tiegel durch Rühren eignet sich zur Verringerung der Knotenbildung, ist aber mechanisch kompliziert und umständlich und wird mit zunehmender Höhe der Tiegel noch komplizierter. '

Eine verstärkte Isolierung, am Tiegelboden ist ebenfalls geeignet, verringert aber nicht den starken Wärmeentzug in der Mitte, der sich aus der Bewe-

■2.0 gung des Kernstrangs durch eine etwaige Isolierwand in die Schmelze ergibt.

Eine Erhöhung der Temperatur des Kernstrangs hat ebenfalls die Folge, daß der Gesamtwirkungsgrad des Angießens verschlechtert wird, da die Metallmenge, die an einen Kernstrang von gegebener Zusammensetzung und von gegebenen Abmessungen angegossen werden kann, verringert wird.

Ein ausreichender' Wärmeaustausch wird nun dadurch bewirkt, daß im Tiegel 12 ein rohrförmiger Einsatzkörper 30 aus feuerfestem Material mit Öffnungen 34 in seinem dem Tiegelboden zugekehrten Bereich für den Durchtritt von Metall in das Innere des Einsatzkörpers 30 sowie einen Abstandsring 32 für den Einsatzkörper vorgesehen wird. Der Einsatzkörper 30 ist im allgemeinen konzentrisch zu den Tiegelwänden und zu dem durch das Bad 18 laufenden Kernstrang 10 angeordnet. Die konzentrische Anordnung ist bei gewissen Anwendungen zwar wichtig, kann bei anderen Anwendungen aber verändert werden, insbesondere wenn beispielsweise das Angießen auf Kernstränge von wechselndem Querschnitt oder an Bleche oder anderes Metall von unregelmäßigem Querschnitt erfolgt.

Durch diese Unterteilung des Bades 18 wird im Tiegel durch zwei im allgemeinen konzentrische ringförmige Strömungswege in einen äußeren und einen .' inneren Ringraum 36, 38 eine allgemeine Gegenströmung des flüssigen Metalls erzeugt.

Demgemäß kann diese Anordnung zur Folge haben. daß die Temperaturgradienten im Tiegel verstärkt anstatt verringert oder beseitigt werden. Zwar kann die Erzeugung von Temperaturgradienten einen nachteiligen Einfluß auf den Betriebswirkungsgräd haben, wie vorstehend erläutert, jedoch ist es möglieh, die Strömung des flüssigen Metalls so auszubilden, daß das Vorhandensein von Temperaturgradienten den Betriebswirkungsgrad sogar erhöhen kann.

Durch die Wärmequelle (Induktionsspule 22) wird der Innenseite der Tiegelaußenwand Wärme zugeführt. Demgemäß nimmt das aus dem Zuführungsrohr 24 in den Tiegel 12 eintretende flüssige Metall von niedrigerer Temperatur Wärme von der Tiegelwand auf, da das Metall auf Grund des Einsatzkör^ pers 30 durch den äußeren Ringraum 36 im Tiegel 12 strömt. Entsprechend muß das Metall den äußeren Ringraum 36 bei einer Mindesttemperatur verlassen, die teilweise durch seine Temperatur beim Ein-

tritt in den äußeren Ringraum 36 und teilweise durch die Temperatur der äußeren Tiegelwand eingestellt wird, die teilweise den äußeren Strömungsweg begrenzt.

Dadurch,· daß sichergestellt ist, daß das aus dem ringförmigen Strömungsweg austretende Metall eine erwünschte Mindesttemperatur hat, wird das Ansetzen von Material neben der Eingangsöffnung am Boden des. Tiegels verhindert. Bedeutsam für diesen Aspekt, d.h. die Steigerung des Wirkungsgrades des Strangangießverfahrens, ist nicht einfach die Erhöhung der Temperatur der Schmelze in diesem Bereich des Tiegels, sondern vielmehr die Steigerung der Zuverlässigkeit, mit der die Temperatur dieses Teils der Schmelze bei einem optimalen Wert für Betrieb mit hohem Wirkungsgrad gehalten wird. Ebenso wichtig ist die Vermeidung eines Anstiegs der Durchschnittstemperatur der gesamten Schmelze und die Vermeidung eines Anstiegs der Temperatur der erstarrten Dichtung, wo diese zwischen dem Tiegelboden und der Büchse 16, die den Kernstrang aufnimmt, gebraucht wird.

Ein Temperaturgradient, der sich längs der inneren Säule von zwei miteinander verbundenen ringförmigen Säulen von flüssigem Metall erstreckt, kann den Vorteil haben, daß die Temperatur dieser Säule dichter an die Gießtemperatur gebracht wird, ohne daß die Gefahr der Bildung von Oberflächenfehlern, z. B. der vorstehend beschriebenen Knoten und Glocken besteht.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Ausbildung und

ίο Aufrechterhaltung der beiden miteinander verbundenen ringförmigen Säulen von flüssigem Metall mit Hilfe des Einsatzkörpers 30 während des gesamten Betriebes besteht darin, daß das Metallbad 18' kontinuierlich gesäubert wird. Da Fremdstoffe, z. B.

Stücke von feuerfestem Material und Schlacke, die im flüssigen Metall, das durch das Zuführungsrohr 24 in den Tiegel 12 eintritt, eingetragen werden, leichter sind als das flüssige Metall, werden sie vom Zugang zur Säule des flüssigen Metalls innerhalb des Einsatzkörpers 30 abgehalten und sammeln sich im oberen Teil der den Einsatzkörper 30 umgebenden Säule von flüssigem Metall.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Lenkung des Strömungsweges innerhalb eines Tiegels beim Strangangießen von Metall an einen festen metallischen Kernstrang, der von unten nach oben durch den geschmolzenes Metall enthaltenden Tiegel geführt wird, so daß sich das geschmolzene Metall am Kernstrang bei dessen Durchgang ansetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das nachzufüllende geschmolzene Metall in dem Ringraum zwischen der Tiegelinnenwand und einem konzentrisch zum Kernstrang im Tiegel angeordneten, rohrförmigen Einsatzkörper, nach unten strömt, durch bodenseitige Öffnungen des Einsatzkörpers nach innen und im Innenraum des Einsatzkörpers durch den Zug des Kernstranges nach oben geführt wird, und daß der Schmelze von der Tiegelwand her Wärme zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I nach einem von außen beheizbaren Tiegel, der im Boden eine öffnung zur Einführung des metallischen Kernstranges und Einrichtungen für die Zufuhr von geschmolzenem Metall in den Tiegel aufweist, gekennzeichnet durch einen im Tiegel (12) konzentrisch zum Kernstrang (10) angeordneten rohrförmigen Einsatzkörper (30) aus feuerfestem Material mit Öffnungen (34) in seinem dem Tiegelboden zugekehrten Bereich für den Durchtritt des Metalls in das Innere des Einsatzkörpers (30), durch den der Strang von unten nach oben läuft.