DE19512209C1

DE19512209C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einfüllen metallischer Schmelze in eine Kokille

Info

Publication number: DE19512209C1
Application number: DE19512209A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Urlau; Wolfgang Prof Dr Ing Reichelt; Ewald Dipl Ing Feuerstacke; Wolfgang Dipl Ing Doehring
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: AU4938296A; KR19980702328A; EP0814928B1; TR199600174A2; US6070649A; DE19680154D2; DE59607366D1; JPH10510476A; CZ295697A3; BR9607672A; KR100265206B1; ATE203438T1; RU2146576C1; WO1996029164A1; ZA962279B; JP3061641B2; CN1179121A; EP0814928A1; CN1084233C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfüllen metallischer Schmelze, insbesondere Stahl, über ein mit einem Tauchausguß versehenes Zwischengefäß in eine vertikal oszillierende Kokille zum Erzeugen von Endlossträngen sowie einer hierzu erforderlichen Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen, insbesondere Dünnbrammen aus Stahl, wobei das Zwischengefäß eine offene erste Kammer aufweist, in die Metallschmelze aus einer Gießpfanne zugeführt wird, und das eine geschlossene mit einer Unterdruckeinrichtung verbundene zweite Kammer besitzt, in dessen Boden ein Tauchrohr vorgesehen ist, das in vertikal oszillierbare Kokille hineinragt.

Aus EP 0 410 273 ist ein Behälter mit einer ersten, gegen Atmosphärendruck offenen Kammer zur Aufnahme schmelzflüssigen Materials und einer damit über eine mit Öffnung versehene Wand verbundenen zweiten Kammer zur Abgabe von Metall bekannt, wobei die zweite Kammer abgedichtet und an eine Unterdruckeinrichtung angeschlossen ist, um dadurch in der zweiten Kammer ein höheres Metallniveau als in der ersten Kammer einzustellen. In der zweiten Kammer ist ein nicht näher beschriebener Auslaß vorgesehen, der durch ein Ventil verschließbar ist.

Aus DE-OS 20 17 469 ist eine Anlage zum Stranggießen von schmelzflüssigem Metall mit einer Stranggießkokille bekannt, die ein gasdicht abschließbares und evakuierbares Zwischengefäß aufweist, bei der ein Unterdruck einstellbar ist, der das Metall aus dem Auslaufrohr praktisch drucklos in die Kokille einfließen läßt.

Das hieraus bekannte Tauchgießrohr ist so ausgestaltet, daß immer noch der Metallstrahl in den flüssigen Sumpf eindringt, auch wenn die Geschwindigkeit des ausfließenden Metalls durch eine trichterförmige Ausgestaltung im Mündungsbereich des Auslaufrohres weiter vermindert wird.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die ein an kinetischer Energie freies, strömungsberuhigtes Eingießen der Metallschmelze in die Kokille ermöglicht.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 10.

Erfindungsgemäß wird die hydraulische Höhe der zugeführten Schmelze eingestellt und die das Zwischengefäß verlassende Schmelze wird isokinetisch dem flüssigen Teil des Stahlstranges zugeführt. Das Einstellen der hydraulischen Höhe zwischen 50 bis 600 mm oberhalb des in der Kokille befindlichen Pegels der Schmelze wird einmal erreicht, das auf ein zwei Kammern aufweisendes Zwischengefäß auf die Oberfläche der in der zweiten Kammer befindlichen Schmelze ein Unterdruck ausgeübt wird und zwar in einer Größenordnung, daß der Pegel des der Atmosphäre ausgesetzten Oberfläche der Schmelze im Zwischengefäß geringfügig über den in der Kokille befindlichen Pegel sich einstellt.

Die hydraulische Höhe wird in einer zweiten Ausführungsform in der Weise eingestellt, daß die Zuflußmenge über ein Verschlußorgan geregelt wird und der Stromfaden im Tauchgießrohr stets einen positiven Druck aufweist.

Die zufließende Menge des flüssigen Metalls wird jeweils so eingestellt, daß sie der abgezogenen Menge des teilerstarrten Stranges entspricht. Durch dieses Verfahren wird der sonst übliche Gießstrahl, der in den flüssigen Strangkern eindringt, vermieden. Dies bringt insbesondere den Vorteil mit sich, daß eine völlig ebene Badoberfläche entsteht, die ein exaktes gleichmäßiges Einbringen des Gießmittels erlaubt. Weiterhin wird die Strangschale gleichmäßig und ungehindert erstarren, was nicht nur die Oberfläche verbessert, sondern auch die Durchbruchneigung vermindert. Weiterhin wird ein Gießen von Strängen mit großem Längen-/Breitenverhältnis möglich, da keinerlei unerwünschte Querströmung innerhalb der Kokille stattfindet.

Die Querschnittsflächen vom Tauchgießrohr und Kokille sind so gewählt, daß unabhängig vom Pegel die frei der Atmosphäre ausgesetzte Ringfläche eine konstante Breite aufweist. In vorteilhafter Weise können Maßnahmen zur Einflußnahme auf das Gleitmittel durchgeführt werden. Hierzu zählt insbesondere ein einfaches Aufheizen des Gleitmittels und eine gezielte Dosierung.

Erfindungsgemäß weist die Mündung des Tauchgießrohres eine Querschnittsfläche auf, die nicht kleiner als das 0,3fache des Innenquerschnitts der Durchtrittsfläche der Kokille beträgt. Zur Minderung der thermischen Spannungen des Mantels des Tauchgießrohres wird vorgeschlagen, die Ecken des Tauchgießrohres abzurunden und zwar in einem Radius, der größer als ein Viertel der Tauchgießrohrbreite ist.

Zur Steigerung der sicheren Zufuhr des Gleitmittels wird vorgeschlagen, Eintauchdüsen entlang der Kokilleninnenwandung sich an dieser anlehnend anzuordnen. Das Gleitmittel kann dabei unter Druck in der erforderlichen Menge in das Bad an der gewünschten Trennstelle zwischen Kokille und Schmelze eingebracht werden.

Neben der vom Schmelzbad abgegebenen Wärme kann das Gleitmittel noch durch Fremdenergie erhitzt werden. So wird vorgeschlagen, einen Laser einzusetzen, dessen Laserstrahl auf der Oberfläche steuerbar geführt wird und so exakt die erforderliche Wärmeenergie abgibt.

Das erfindungsgemaße Tauchgießrohr ist für beliebe Formate einsetzbar wie rund, Knüppel oder Bramme. Es eignet sich in besonderer Weise auch für Dünnbrammen mit Abmessungen beispielsweise 60 mm × 1.500 mm.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. So zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch die Gießeinrichtung mit Zweikammerngefäß,

Fig. 2 Schnitt durch die Gießeinrichtung mit offenem Gefäß,

Fig. 3 Schnitt und Draufsicht durch das Tauchgießrohr und die Kokille.

In der Fig. 1 fließt Schmelze S aus einer Gießpfanne 11 in eine erste Kammer 13 eines Zwischengefäßes 12. Die erste Kammer 13 ist durch eine Trennwand 15 von einer zweiten Kammer 14 getrennt. Die zweite Kammer 14 ist gasdicht verschließbar und über ein Verbindungsrohr 32 mit einer Pumpe 31 einer Unterdruckeinrichtung verbunden. Durch Erzeugen eines Unterdrucks wird die Schmelze in der Kammer 14 so hoch angehoben, daß sich in der ersten Kammer 13 ein solcher Pegel P₁₃ einstellt, der nur geringfügig über dem Pegel P₄₁ der in der Kokille 41 befindlichen Schmelze liegt.

An der zweiten Kammer 14 ist ein Tauchgießrohr 21 befestigt, dessen Mündung 27 in die in der Kokille 41 befindlichen Schmelze S eintaucht.

Auf die mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Ringfläche der Schmelze S in der Kokille 41 ist ein Gleitmittel G über mit Düsen 52 versehenen Zuleitungen 53 aus einem Gleitmittelbehälter 55 einer Gleitmittelzuführung 51 zuführbar.

Weiterhin ist auf die Oberfläche der Ringfläche der Schmelze S in der Kokille 41 über eine Heizeinrichtung 61 Wärmeenergie einbringbar, beispielsweise durch einen Laser 62.

Der zumindest teilerstarrte Strang E wird über Stranggießrollen 43 aus der oszillierenden Kokille 41 gefördert.

Die Fig. 2 zeigt eine Gießeinrichtung mit zur Fig. 1 identischer Schmelzenzufuhr und Strangabfuhr, aber mit einem Gießgefäß 12, das nur eine Kammer aufweist, nach oben offen ist. Am Boden des Gießgefäßes 12 ist ein Tauchgießrohr 21 befestigt. Die Zuflußöffnung zum Tauchgießrohr 21 ist durch ein Verschließelement 16, hier durch eine Stopfenstange 17 absperrbar. Durch vertikales Verstellen der Stopfenstange wird Einfluß auf die das Gießgefäß 12 verlassende Schmelzenmenge genommen.

An das Tauchgießrohr 21 ist ein Absaugrohr 18 angeschlossen, das mit einer Abzugsvorrichtung 19 in Verbindung steht. Mit der Abzugsvorrichtung 19 wird Einfluß auf den Innendruck des Tauchgießrohres 21 genommen und zwar in der Weise, daß der Stromfaden der zugeführten Schmelze stets positiven Druck aufweist.

Die Fig. 3 zeigt im oberen Teil einen Ausschnitt des Tauchrohres 21, dessen Mündung 27 in die sich in der Kokille 41 befindende Schmelze S eintaucht. Weiterhin ist die sich allmählich bildende Strangschale des erstarrenden Stranges E dargestellt. Die Pfeile zeigen Richtung und Größe der Fließgeschwindigkeit des flüssigen Metalls.

Oberhalb der Oberkante 42 der Kokille 41 wird ein Gleitmittel G über Düsen 52, die an Zuleitungen 53 angeordnet sind, zugeleitet. Üblicherweise wird ein Gießpulver eingesetzt.

Durch eine Heizeinrichtung 61, hier als Lasergerät 62 wird Wärmeenergie auf die sich zwischen dem Tauchrohr 21 und der Kokille 41 bildende Ringoberfläche der Schmelze S aufgebracht, die mit Gießpulver bedeckt ist.

Im unteren Teil der Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Kokille 41 im Schnitt AA dargestellt. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Bramme, die durch die Breitseiten 44, 46 und die Längsseiten 45, 47 der Kokille 41 geformt wird. Die Seiten 44 bis 47 umschließen dabei eine Querschnittsfläche A_K der Kokille 41.

In diesen Innenraum taucht ein Tauchrohr 21 ein mit den Breitseiten 22, 24 und den Längsseiten 23, 25 mit einer freien Innenfläche von A_T.

Die Ecken 26 des Tauchrohres 21 sind abgerundet, und zwar in einem Radius r, der größer als ein Viertel der Breite des Tauchgießrohres B ist.

In den von dem Tauchrohr 21 und der Kokille 41 gebildeten Ringraum führen Düsen 52, die über Dosiereinrichtungen 54 an nicht weiter dargestellte Gießmittelbehälter 55 angeschlossen sind. Die Dosiereinrichtungen 54 können mit unterschiedlicher Anzahl von Zuleitungen 53 verbunden sein. Dargestellt sind die Möglichkeiten mit einer, zwei, drei und einer größeren Zahl von Zuleitungen 53.

Bezugszeichenliste

Gefäße
11 Gießpfanne
12 Gießbehälter
13 Erste Kammer
14 Zweite Kammer
15 Trennwand
16 Verschließelement
17 Stopfenstange
18 Absaugrohr
19 Abzugsvorrichtung

Tauchausgußeinrichtung
21 Tauchgießrohr
22, 24 Breitseiten
23, 25 Längsseiten
26 Ecken
27 Mündung

Unterdruckeinrichtung
31 Pumpe
32 Verbindungsrohr
25 Strangabzug
41 Kokille
42 Oberkante
43 Stranggießrollen
44, 46 Breitseiten
45, 47 Längsseiten

Gleitmitteleinrichtung
51 Gleitmittelzuführung
52 Düsen
53 Zuleitungen
54 Dosiereinrichtung
55 Gleitmittelbehälter

Heizen
61 Heizeinrichtung
62 Laser
A_T Querschnittsfläche Tauchgießrohr
A_K Querschnittsfläche Kokille
r Radius Ecken 26
B Breite Tauchgießrohr
G Gießmittel
P Pegel
S Schmelze
E Erstarrter Strang

Claims

1. Verfahren zum Zuführen von metallischer Schmelze, insbesondere Stahl, über ein an einem Gießbehälter befestigten Tauchgießrohr zur in einer vertikal oszillierenden Kokille befindlichen Schmelze,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulische Höhe der zugeführten Schmelze in der Weise eingestellt wird, daß sie zwischen 50 bis 600 mm höher liegt als die der in der Kokille befindlichen Schmelze, und
daß die den Gießbehälter verlassende Schmelze isokinetisch dem flüssigen Teil des aus der Kokille geförderten Stranges zugeführt wird.

2. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der hydraulischen Höhe auf einen Teil der in einem zwei Kammern besitzenden Gießbehälter befindlichen mit der Kokille in Verbindung stehenden Schmelze ein solcher Unterdruck ausgeübt wird, daß der Pegel der Oberfläche der im Gießbehälter der Atmosphäre ausgesetzten Schmelze über dem in der Kokille befindlichen Pegel liegt.

3. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze flach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung der hydraulischen Höhe von Gießbeginn an der Stromfaden der zugeführten Schmelze stets positiven Druck aufweist, und
daß die Zuflußmenge geregelt zugeführt wird.

4. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach Anspruch 2 oder 3; dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze dem Kokilleninnenraum mit einer Querschnittsfläche (A_T) zugeführt wird, die nur geringfügig kleiner ist als die Querschnittsfläche (A_K) der im Kokilleninnenraum befindlichen Schmelze.

5. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom Pegel die der freien Atmosphäre ausgesetzte Ringfläche der in der Kokille vorhandenen Schmelze das Tauchrohr in konstanter Breite umgibt.

6. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem das Tauchrohr umgebenden Ring der Schmelze ein Gleitmittel gleichmäßig zugeführt wird.

7. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel in flüssiger Form zugeführt wird.

8. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel durch Fremdenergie aufgeheizt wird.

9. Verfahren zum Zuführen metallischer Schmelze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel unter Druck gesetzt und mengenmäßig regelbar zugeführt wird.

10. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen, insbesondere Dünnbrammen aus Stahl, mit einem Gießbehälter, an dem ein Tauchgießrohr vorgesehen ist, welches in eine vertikal oszillierbare Kokille hineinragt, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (27) des Tauchgießrohres (21) eine Querschnittsfläche (A_T) besitzt, die nicht kleiner als das 0,3fache des freien Innenquerschnittes der Durchtrittsfläche (A_K) der Kokille (41) ist.

11. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießbehälter (12) eine erste Kammer (13) aufweist, die der Atmosphäre ausgesetzt ist und in die Metallschmelze (S) aus einer Gießpfanne (11) zugeführt wird, und der eine geschlossene mit einer Unterdruckeinrichtung (31) verbundene zweite Kammer (14) besitzt, an deren Boden das Tauchgießrohr (21) befestigt ist.

12. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Tauchgießrohr (21) ein Absaugrohr (18) vorgesehen ist, das mit einer Absaugvorrichtung (19) verbunden ist, und
daß die Eingangsmündung des Tauchgießrohres (21) durch ein Verschlußelement (16) verschließbar und stufenlos öffenbar ist.

13. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (16) eine Stopfenstange ist.

14. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (A_T) des Tauchgießrohres (21) nicht kleiner als das 0,9fache des freien Innenquerschnittes (A_K) der Durchtrittsfläche der Kokille (41) ist.

15. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (26) des Tauchgießrohres (21) abgerundet sind mit einem Radius (r), der größer ein Viertel der Tauchgießrohrbreite (B) ist.

16. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Oberkante (42) der Kokille (41) Düsen (52) einer Gleitmittelzuführung (51) angeordnet sind.

17. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (51) mit Elementen zum Dosieren (54) der Gleitmittelmenge (G) vorgesehen sind.

18. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kokillenoberkante (42) eine Heizeinrichtung (61) installiert ist, mit der das Gleitmittel (G) erwärmbar ist.

19. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (61) ein Lasergerät (62) ist, dessen Laserstrahlen entlang der Ringfläche zwischen Tauchrohr (21) und Kokille (41) führbar sind.

20. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (52) parallel zur Kokilleninnenwand (41) gleitend berührend geführt sind und während des Betriebes in die Schmelze (S) eintauchen.

21. Einrichtung zum Gießen von Metallsträngen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an das Tauchgießrohr (21) ein Absaugrohr (18) angeschlossen ist, das mit einer Absaugvorrichtung (19) in Verbindung steht.