DE1558327A1

DE1558327A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verdraengung der Schlacke von der Metallschmelze beim Stranggiessen

Info

Publication number: DE1558327A1
Application number: DE19661558327
Authority: DE
Inventors: Keene Robert Joseph
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1965-09-01
Filing date: 1966-08-17
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3395750A; ES330842A1; DE1558327B2; BE686065A; AT270906B; GB1104015A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdrängung der Schlacke von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls beim Stranggießen, wobei die Schlacke von den Verunreinigungen im Metall herrührt, die mit in die Stranggußform hineingeführt werden und auf der Oberfläche des Me-talls schwimmen.

Beim Stranggießen von Metall und insbesondere von Stahl wird der flüssige Stahl aus einer Gießpfanne entweder direkt oder durch einen zwischengesohalteten Behälter, beispielsweise einen Trichter, in das obere Ende einer oben geöffneten, wässergekühlten, rohrförmigen Gießform eingegossen. In der Form . beginnt sich der Guß zu verfestigen. Ein teilweise verfestigter Guß, der eine dünne feste Schale besitzt, die einen flüssigen

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MDNCHEN 2, THERESiENSTRASSE 33 · Telefon 12? 2102 · Ttlegramm-Adrcnei Upatll/MOndien

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OppenauerBüro, PATENTANWALT PR, SBINHOlD SCHMIDT

Metallkern umgibt, wird kontinuierlich aus der Form ausgetragen. Wenn dieser Guß sich abwärts bewegt, wird er mit Wasser gekühlt, wodurch allmählich eine vollständige Verfestigung des Gusses erreicht wird.

Stranggußformen mit großen Querschnittsabmessungen besitzen im allgemeinen die Form von rechteckigen Brammen. Rechteckige Brammen lassen sich leichter abkühlen, verfestigen und walzen als Guß mit anderen Formen und vergleichweisen Querschnittsabmessungen.

Die in die Form gegossene Metallschmelze enthält geringe Mengen Verunreinigungen, hauptsächlich Oxide von Eisen und anderen Metallen und in dem Stahl befindliche Nichtmetalle. Beispiele für diese Oxide sind Eisenoxid, Manganoxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid. Diese Oxide bilden sich durch Oxydation des in dem Stahl befindlichen Eisens und der Metalle sowie Nichtmetalle, bevor der Stahl in die Gießform eingeleitet wird. Diese Oxide sind leichter als Stahl^und schwimmen deshalb auf der Oberfläche des in der Gießform befindlichen flüssigen Metalles. Sie haben das Bestreben, auf der Oberfläche der Stahlschmelze zu agglomerieren und dabei große Schlackeninseln zu bilden.

Die oxydischen Verunreinigungen werden zu den Wänden der Gießform hingezogen und bewegen sich längs der Oberflächen des Gusses, wenn dieser sich abwärts bewegt, ebenfalls nach unten. Wenn sich der Guß verfestigt, erstarren die oxydischen Verunreinigungen auf den Oberflächen des Gusses. Im allgemeinen be- . deoken diese oxydischen Verunreinigungen erhebliche Teile sowohl

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. der breiten Seiten als auch der Stirnseiten des Gusses, die sich entlang der Seitenwände bzw«-der Stirnwände der Gießform bilden. Diese Verunreinigungen müssen durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Putzen, von der Gußoberfläche entfernt werden. Es ist im allgemeinen erforderlich, zur Entfernung dieser Oxide einen wesentlichen Teil der Gußoberfläche zu konditionieren. Auch behindern die oxydischen Verunreinigungen auf der Gußoberfläche den Wärmeübergang von dem Guß, da sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen* Dadurch wird die Verfestigung des Stahles verzögert. Dies hat wiederum zur Folge*, daß die Gußschale in der Nachbarschaft der oxydischen Verunreinigungen so dünn sein kann, daß sie dem seitlichen Druck der im Gußkern vorhandenen Metallschmelze nicht standhalten kann, wenn der teilweise verfestigte Guß unten aus der Form austritt. Daraus können sieh Materialausbrüche ergeben.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verschiebung der Schlacke geschaffen, bei dem mehrere Gasströme nach unten gegen dje Oberfläche und nach außen in Richtung eines bestimmten Abschnittes oder bestimmter Abschnitte der die Grenze der Gießkammer bildenden Wand gerichtet werden.

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Verschiebung der Schlacke geschaffen, die mehrere Gasdüsen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie ihre Gasstrahlen nach unten gegen die Oberfläche der Metallschmelze und nach außen gegen einen bestimmten Teil oder bestimmte Teile der die Gießkammer begrenzenden Wand richten, wodurch die durch die Verunreinigungen in dem

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Metall enthaltene Schlacke, die auf der Metallschmelze schwimmt, ·» ' gegen diesen Wandteil oder diese Wandteile gelenkt wird. ·

Wenn die oxydischen Verunreinigungen mindestens gegen einen bestimmten Teil der Wände der Stranggußform gelenkt werden, werden diese Verunreinigungen längs dieses bestimmten Wandteiles angehäuft, so daß die übrigen Wände im wesentlichen sauber bleiben und die nachteilige Wirkung auf den Wärmeübergang, sowie die Größe der Gußoberfläche, die zur Entfernung der oxydischen Verunreinigungen konditioniert werden muß, auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Die oxydischen Verunreinigungen werden in einer Form von rechteckigem Querschnitt vorzugsweise gegen die Stirnwände gelenkt, so daß sich die Verunreinigungen entlang der Stirnwände konzentrieren und die Seitenwände im wesentlichen sauber lassen.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kann zwei Gasverteilungsleitungen und mehrere aus diesen herausragende Düsen aufweisen, die gegen die Oberfläche der in einer Stranggußform rechteckigen Querschnitts befindlichen Metallschmelze so gerichtet sind, daß die Kraft der Gasstrahlen, die von den Düsen ausgehen, die oxydischen Verunreinigungen gegen die Stirnwände der Form bläst. Auf diese Veise werden die Verunreinigungen längs der Stirnseiten des Gusses konzentriert, so daß die breiten Flächen des Gusses, die an den Seitenwänden der Form vorhanden sind, im wesentlichen rein und frei von nicht- V metallischen Oberflächenablagerungen bleiben. Diese oxydischen Verunreinigungen können von dem Guß nach seiner Verfestigung durch Konditionierung ^eiJier: ,Sti^nf lachen entfernt werden. Im

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allgemeinen wird nur eine geringe oder gar keine Konditionierung der breiten Flächen des Gusses erforderlich sein, da diese Flä-,"oben im wesentlichen sauber sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.

In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Bodenausgußpfanne, einer an den Enden offenen, rohrförmigen Stranggußform, die nur zum Teil dargestellt ist, sowie der erfindungsgemäßen Gasverteilungsleitungen und Gasdüsen;

Fig. 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht einer Gießform und einer rechteckigen Platte zur Ausrichtung der Düsen vor dem Gießenj

Fig. h eine Sehnittansicht längs der Linie k-h in Fig. 3.

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In den Fig«, 1 und 2 bezeichnet 10 eine Gießpfanne mit Bodenausgußj, die geschmolzenen Stahl enthält und eine Austragsöffnung Ii aufweist» Diese Gießpfanne ist direkt über einer mit offenen Enden versehenen_s rohrförmigen^ wassergekühlten Durchfiußstranggußform 12 angeordnete Di© Form 12 besitzt einen rechteckigen Querschnitt mit mwi gegenüberliegenden parallelen Sei-

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tenwänden 13 und zwei gegenüberliegenden parallelen Stirnwänden .JA. Die Seitenwände 13 sind breiter als die Stirnwände Ik, Auf der Oberseite der Form 12 ist eine Formabdeekung 15 vorgesehen. Kühlwasser zirkuliert durch die Seiten- und Stirnwände 13 und Ik in nicht dargestellten Kanälen.

Zwei Gasverteilungsleitungen 16, die mehrere herausragende Düsen 17 besitzen, liefern ein inertes Druckgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, das die nicht-metallischen Verunreinigungen auf der Oberfläche der Metallschmelze in der Form 12 von den Düsen 17 wegbläst und in Richtung auf die Stirnwände Ik der Form bewegt. Die Verteilungsleitungen 16 erstrecken sich in seitlicher Richtung quer über die Form 12 und laufen im wesentlichen parallel zu den Stirnwänden Ik und im wesentlichen rechtwinklig zu den Seitenwänden 13. Die Verteilungsleitungen 16 können auf der Formabdeekung 15 aufliegen oder über der Formabdeekung in angehobener Lage gehaltert sein. An diese Verteilungsleitungen sind Klammern 18 angeschweißt, die ihrerseits an der Formabdeckung 15 durch Verschweißen angeheftet sind. Die Heftschweißnähte halten die Verteilungsleitungen 16 solange in der gewünschten Lage, wie sie benötigt werden und ermöglichen, daß diese Leitungen zu Reparaturzwecken leicht entfernt werden können. Die Verteilungsleitungen 16 sind parallel und soweit voneinander entfernt, daß sie den Strom der Stahlschmelze nicht behindern, der aus der Austrittsöffnung 11 in die Form 12 abgegossen wird. Auch weisen die Verteilungsleitungen 16 einen beträchtlichen Abstand δη den Stirnwänden Ik auf, so daß sie in wirkungsvoller Weise fast file ganze Oberfläche der Metallschmelze in der Form 12 von

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■auf der Schmelze befindlichen oxydischen Verunreinigungen reinigen können.. Die Düsen ±7 sind"vorzugsweise dünne Rohre aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall und erstrecken sich in senkrechter Richtung unter die Verteilungsleitungen 16. Die Enden der Düsen sind so abgebogen, daß sie den ausströmenden Druckgasstrom nach unten in Richtung auf die Oberfläche der in der Form befindlichen Metallschmelze und nach außen in Richtung auf die Stirnwände 14 der Form lenken. T-förmige Paßstücke 19 bilden die Verbindungen zwischen den Verteilungsleitungen 16 und den Düsen 17.

Die Spitzen der Düsen 17 lenken den aus ihnen austretenden Gasstrom in Richtungen, die im wesentlichen parallel zu den Sei-* tenwänden 13 sind. Die Düsen 17 in jeder Verteilungsleitung 16 sind nach unten gegen die Oberfläche der Metallschmelze und von der anderen Verteilungsleitung weggerichtet, so daß das aus den Düsen austretende Gas die oxydischen Verunreinigungen auf der Schmelze in Richtung auf die Stirnwände 14 treibt. Das hat zur Folge, daß die nicht-metallischen Verunreinigungen längs der ■Stirnseiten des verfestigten Gusses konzentriert werden, während die Seitenflächen'des Gusses fast vollständig von Metalloxiden frei bleiben. Es ist nicht notwendig, daß die Spitzen der Düsen 17 alle in demselben Winkel nach unten gerichtet sind. In der Tat hat sich als. vorteilhaft erwiesen, die Düsen in etwas voneinander abweichenden Richtungswinkeln anzuordnen, so daß die aus den Düsen austretenden Strahlen des Druckgases die Oberfläche der Metallsehmelze in verschiedenen Entfernungen von der seitlichen· Mittellinie der Form treffen. Auf diese Weise 'transportieren die

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Gasstrahlen die Metalloxide noch wirkungsvoller gegen die Stirn- ',' wände Ik.

Bei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Stranggußform 12 einen Formhohlraum von rechteckigem Querschnitt auf, der ca. 19 x 67 cm mißt. Es werden zwei Verteilungsleitungen 16 für Inertgas verwendet, die jede einen Innendurchmesser von ca. 1,25 cm besitzen. Aus jeder Verteilungsleitung ragen fünf Düsen 17. Die Düsen bestehen aus l/h " Kupferrohr. Die Spitzen der DUsen 17 befinden sich 7|5 - i2,5 cm über dem Flüssigkeitsspiegel in der Form und etwa 17,5 - 20 cm von den inneren Stirnwänden 14 entfernt. Die Form wird mit einer Stahlschmelze bis zu einem Abstand von ca. 10 ^ 1,25 cm von der Oberkante der Form gefüllt, nachdem die Verteilungsleitungen 16 und die Düsen 17 an ihrem Platz angeordnet worden sind. Dieser Abstand des FlUssigkeitsspiegels zur Oberkante der Form wird während des. ganzen Abgusses beibehalten. Ein inertes Gas, entweder Stickstoff oder Argon, wird unter leichtem Überdruck während des ganzes Gießvorganges zugeführt. Die durch jede Düse strömende Gasmenge beträgt etwa 0,057 - 0,142 m /min. Die in diesem Beispiel verwendeten Abmessungen und Strömungsmengen sol len nur zur Verdeutlichung dienen und können erhebliche Veränderungen erfahren.■

Vor dem Gießbeginn lassen sich die Düsen 17 durch Verwendung einer in den Fig. 3 und k gezeigten und zur Ausrichtung dienenden \_ Rechteckplatte 20 in die geeignete Lage bringen. Auf der Platte 20 befinden sich mehrere Markierungen 21, die hier als in zwei Heihen anceordnete Kreuze dargestellt sind. Diese Markierungen 21

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zeigen die Orte an, gegen die die Düsen 17 gerichtet werden. Für jede Düse 17 ist eine Markierung vorgesehen. Die Lage der '.·" Markierungen 21 ist vorzugsweise auf Lücke versetzt, da dadurch eine wirkungsvollere Entfernung der Schlacke von der Oberfläche der Metallschmelze in Richtung auf die Stirnwände 14 zu erreichen ist. Die Platte 20 wird in dem Hohlraum der Form 12 in derselben Höhe gehalten, die der Flüssigkeitsspiegel während des Gießens besitzt. Zur Halterung der Platte 20 in der gewünschten Tiefe sind in der Nähe der Formenstirnwände 14 zwei sich seitlich erstreckende, U-förmige Handgriffe 22 vorhanden, die mit Armen 23 ausgerüstet sind, die entlang der Seitenwände 13 der Form mit der Formabdeckung 15 in Berührung stehen. Die Handgriffe 22 sind an Trägern 24, die mit der Platte 20 aus einem Stück bestehen, an ihren vier Ecken mittels sich seitlich erstreckender Stifte 25 befestigt. Die senkrechten Arme der Handgriffe 22 besitzen mit Schraubengewinde versehene Teile 26, die in in den Armen 23 befindlichen Innengewindehülsen eingreifen, wodurch die Einstellung der Höhe der Platte 20 in dem Formenhohlraum möglich ist.

Nachdem die Platte 20 in ihre Stellung gebracht worden ist, werden die Verteilungsleitungen 16 und die Düsen 17 angeordnet, wobei die Düsen 17 so geformt und nach vorne gebogen sind, daß ■" sie ihre Gasstrahlen auf die nächsten gewünschten Stellen richten. Alle aus den Düsen 17 austretenden Gasstrahlen sind in Längsrichtung parallel zu den Seitenwänden I3 der Form gerichtet. Die· Platte 20 stellt ein passendes Mittel zur Bestimmung dar, wenn bei der Ausrichtung der Düsen 17 irgendein Fehler begangen wurde.

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Eine Bedienungsperson kann von Hand diese Bestimmung ausführen * und feststellen, ob diese aus den Düsen 17 austretenden Strahlen an den markierten Stellen 21 auf der Metallplatte 20 auftreffen. Wenn dies nicht der Fall ist, biegt er die Spitzen der Düsen so, daß ihre Gasstrahlen auf die Markierungen gelenkt werden.

Nachdem die Düsenströme ausgerichtet worden sind, wird die Platte 20 entfernt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Stifte 25 an dem einen Ende der Platte 20 herausgezogen werden, so daß dieses, Plattenende um die Stifte 25 an den gegenüberliegenden Enden, die als Gelenke dienen, eine Drehbewegung nach unten ausführen kann. Die Platte wird darauf aus dem Formenhohlraum mit Hilfe des Handgriffes 22, an dem sie gehaltert bleibt, herausgezogen. Nach ihrer Entfernung werden die Verteilungsleitungen 16 durch Punktverschweißung angebracht. Die Vorrichtung ist dann bestriebsbereit für den Abguß.

Obgleich der Erfindungsgegenstand insbesondere an einer Form mit Rechteckquerschnitt beschrieben wurde, kann die Form, falls dies verlangt wird, auch andere Querschnitte aufweisen. Die Düsen 17 werden so angeordnet, daß die Schlacke gegen wenigstens einen bestimmten Abschnitt der Formwand bewegt wird. Die Schlacke bewegt sich dann zusammen mit dem Guß entlang dieges Abschnittes der Formwand nach unten, und der Rest der Gußoberfläche bleibt relativ frei von Verunreinigungen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Verschiebung von nichtmetallischen Verunreinigungen dar, die auf der Metalloberfläche

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sohwimmen, so daß sie nur einen kleinen Teil der Gußoberfläche beeinträohtigen. Durch, diese ,Vorrichtung können die Bedienungspersonen eingespart werden, die während des Gießvorganges über der Form 12 stehen und manuell die auf der Oberfläche der Metallschmelze in der Form 12 schwimmende Schlacke entfernen.

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Claims

A TE NTANWÄLT E--^ Dipl.-lng. MARTI N LICHT

PATENTANWÄLTE UCHT. HANSMANN. HAMANN Df. R E I N H O L D S C H M I D T .

β MONCHENi-THERESIENSTRASSE 33 DiPL-WIrHCh-IfIg-AXELHANSMANN

UNITED STATES STEEL Qlf Dipl.-Phyi. SEBASTIAN HERRMANN .,

CORPORATION

PITTSBURGH, PENNSYLVANIEN Möndu^den 17." August I966

WILLIAM PENN PLACE 525, .hrz.id*n " twz.!*.«

V. St. A. /_Hz

Patentanmeldung; Verfahren und Vorrichtung zur Verdrängung der

Schlacke von der Metallschmelze beim Stranggießen.

Patentan »Sprüche

1. Verfahren zur Verdrängung der Schlacke beim Stranggießen, die von in dem Metall, das in den mit offenen Enden versehenen Hohlraum der Form eingeleitet wird, vorhandenen Ver- , unreinigungen herrührt und auf der Oberfläche des Metalls schwimmt, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die Oberfläche nach unten und nach außen in Richtung auf einen bestimmten Abschnitt oder bestimmte Abschnitte der Wand (14), die die Begrenzung des Hohlraumes der Form bildet, Gasströme gerichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Abgießen des Metalls in den Hohlraum einer Form mit _o gegenüberliegenden Seitenwänden (13) und Stirnwänden (14), ·

(I₃ die einen rechteckigen Querschnitt begrenzen, die Gas ströme - '

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_* gegen die Stirnwände (14) gerichtet werden. I

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Patentanwälte DipL-lng. Martin licht, Dipl.-WirtKfa.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

■ MONCHENt. THERESIENSTRASSE 33 · Telefon»«« · »im dVet». Upetil/Mewfcew /

ioHlwerblndmicM« Deuhdie Bonk AO, RIwIe MOndien, Dep.-Ktute Viktuollenworirt, Korto-Nr. 7MOO '

Bayer. VtrwnÄwnk MOndwn, Zweigst. Oskaran-Miller-Ring, Kto.-Nr. M24»5 · Podtdiedc-Konto: MOndiwi Nr. 1β33·7

OppenauerBOro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Grasströme mit Hilfe von Düsen (17) gegen die Metallober-

. fläche gelenkt werden, und daß die Düsen (17) vor dem Gießvorgang eingestellt werden, dadurch daß eine Platte (20) mit mehreren Markierungen (2l) zur Ausrichtqng der Düsen (17) in die Form (12) eingesetzt wird, wobei die Platte (20) in Höhe des normalen Oberflächenspiegels des Metalls angeordnet und vor dem Eingießen des Metalls aus der Form (12) wieder entfernt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch mehrere Gasdüsen (17), die so angeordnet sind, daß sie Gasströme nach unten in Richtung auf die Oberfläche der Metallschmelze und nach außen in Richtung auf einen bestimmten Teil oder bestimmte Teile der die Umgrenzung des Formenhohlraumes bildenden Wand (14) lenken, wodurch die durch die in dem Metall vorhandenen Verunreinigungen gebildete Schlacke, die auf der Metalloberfläche schwimmt, gegen diesen Wandteil oder diese ¥andteile (ik) gelenkt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in Verbindung mit einer Form mit gegenüberliegenden Seitenwänden (13·) und Stirnwand!©» (14), die ösn rechteckigen Querschnitt des Hohlraumes der Form (12) begrensan, verwendet

• •wird, wobei die Düsen (Ί7) so angeordnet 8ind₈ öaS sie die GFasströate gegen die Stirnwände (14)

*,' 6„ Vorrichtung nach Anspruoti ^s g©k©ßmsei©toet;durch zwei mit ÄfestsEö parallel angeordnete ©asTerteiilH- -'^leitungen (l6)_t die sico zwiseaen den Seiteawänöoa (13) im eiSQD beträchtlichen

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Abstand von den Stirnwänden (14) in seitlicher Richtung erstrecken, wobei die Düsen (17) entlang Achsen, die parallel zu den Seitenwänden (13) liegen, aus den Verteilungsleitungen (l6) herausragen und die Düsen (17) jeder Verteilungsleitung (i6) von denjenigen der anderen Verteilungsleitung weggerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung der Richtung der Gasströme, die eine Platte (20) mit mehreren Markierungen (21) zur Ausrichtung der Düsen (17) vor Beginn des Gießvorganges aufweisen, und durch MitteJ zur entfernbaren Halterung der Platte (20) in der Form (12) in einer Höhe, die durch den normalen Oberflächenspiegel der Metallschmelze erreicht wird, wobei die Platte (20) vor Beginn des Gießvorganges entfernt wird.

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