DE19748923C2

DE19748923C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Angießen eines Endlosstranges

Info

Publication number: DE19748923C2
Application number: DE1997148923
Authority: DE
Inventors: Holger Lehmann; Marc Tell Walter; Udo Falkenreck
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: DE19748923A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angießen eines Endlosstranges, insbesondere aus Stahl, in einer stationären Kokille, die einen trichterförmigen Eingießbereich aufweist, dessen Querschnittsfläche größer ist als die das Gießformat bestimmende Kokillenmündung, und der ein Führungsgerüst, insbesondere zur Durchführung einer Reduktion der Brammendicke, nachgeschaltet ist, über das entgegen der Strangführungsrichtung ein Kaltstrang zur Kokille geführt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Anfahren des Endlosstranges in einer Stranggießanlage, insbesondere für Stahl wird üblicherweise ein Kaltstrang in die Kokille gefahren und die Kokillenmündung wird gegen Herausfließen von Schmelze abgedichtet. Bei Gießbeginn wird über einen Tauchausguß Schmelze in die leere Kokille gefüllt. Die mit dem Kaltstrang in Kontakt kommende Schmelze verkrallt sich mit an der Stirn des Kaltstranges angebrachten Krallelementen. Sobald eine ausreichende Menge Schmelze sich in der Kokille befindet und durch den Kontakt mit den gekühlten Innenwänden der Kokille das flüssige Metall eine Schale gebildet hat, wird der Kaltstrang aus der Anlage herausbefördert, wobei dieser den entstehenden Strang mitzieht.

Ein solcher Kaltstrang ist beispielsweise aus DE 41 00 365 bekannt.

Bei Stranggießanlagen, in denen im der Kokille nachgeschalteten Strangführungsgerüst eine Reduktion, also ein Zusammendrücken der Bramme in einem Bereich, in dem noch ein flüssiger Sumpf vorhanden ist, durchgeführt wird, sind besondere Maßnahmen bezüglich des Kaltstrangformates zu treffen. Regelmäßig wird das für die Reduktion geeignete Strangführungsgerüst in seiner lichten Weite geöffnet, um den nicht verformbaren Kaltstrang einschließlich des Anfahrstückes passieren zu lassen. Erst nach Passieren des Kaltstranges und des erstarrten Anfahrstückes können die einzelnen Rollen des Strangführungsgerüstes auf die bei der Reduktion erforderliche Distanz eingestellt werden. Hierzu sind zusätzliche Verstellelemente zur rechtzeitigen Positonierung der einzelnen Strangführungsrollen erforderlich. Es sind auch sogenannte Tracking-Systeme bekannt, bei denen steuerbare Hydraulikelemente benötigt werden.

In Kenntnis der oben genannten Nachteile hat sich die Erfindung das Ziel gesetzt, das Anfahren einer Stranggießanlage auch mit trichterförmigen Kokillen, insbesondere bei nachgeschalteter Reduktionseinrichtung, mit konstruktiv einfachen Mitteln ohne wesentliche Änderung der Einstellung des Strangführungsgerüstes sicher zu ermöglichen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 5. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung auf.

Erfindungsgemäß wird vor dem Anfahren der Stranggießanlage ein Kaltstrang bis in die Nähe der Mündung der Kokille oder bis in die Kokille hinein entgegen der Strömungsrichtung gefahren. Die Dicke des Kaltstranges und der Verlängerung sind dabei so gewählt, daß sie kleiner als die lichte Weite des Strangführungsgerüstes an seinem Ausgang sind. Hierdurch wird es möglich, ohne Verstellen des Strangführungsgerüstes auch bei der Möglichkeit der Reduktion des Brammenformates im Führungsgerüst den Kaltstrang und das durcherstarrte Anfahrstück ohne Behinderung aus der Anlage zu ziehen.

Zur Vorbereitung eines neuen Gusses wird im Fußbereich der Verlängerung der Freiraum zwischen der Kokilleninnenwand und der Kaltstrangaußenwand abgedichtet. Die Abdichtung ist dabei so aufgebaut, daß beim Anfahren der ringförmige Freiraum im Bereich der Kokillenmündung freigegeben wird.

Vor dem Anfahren der Stranggießanlage wird auf der Abdichtung aufsetzend der Innenraum zwischen der Verlängerung und der Kokilleninnenwandung und darüber hinaus an die Kokillenwand angelehnt in Richtung Eingießbereich der Kokille weisend mit einem Material belegt. Dieses Material ist in der Weise beschaffen, daß es beim Anfahren der Stranggießanlage den Raum zwischen der Brammenaußenwand und der Kokilleninnenwand allmählich freigibt, so daß die sich bildende Schale betriebsgerecht an die Kokilleninnenwandung sich anlehnt und dabei den flüssigen Sumpf umhüllt.

Die Verlängerung kann dabei als sogenannter verlorener Kopf ausgestaltet sein. Bei Kontakt mit der heißen Schmelze verflüchtigt sich das die Verlängerung bildende Material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verlängerung als Hülse ausgestaltet. Diese Hülse besitzt dabei eine Wandstärke von 0,5 bis 15 mm. Diese Wandstärke ist dabei so gewählt, daß die erste mit der Verlängerung in Kontakt tretende Schmelze soweit abkühlt, daß sie sich einerseits mit dem Kopf des Kaltstranges verkrallt und andererseits den Fuß des Anfahrstückes bildet. Verstärkt werden kann diese Abkühlung noch durch Einbringen von Schrotteilen in den Hohlraum des Anfahrstückes. Insgesamt ist die Abkühlung so ausgelegt, daß der durcherstarrte Teil des Anfahrstückes in etwa der Höhe der Verlängerung entspricht.

Die zum Einsatz kommenden Füllmaterialien sind riesel- oder fließfähig bzw. verflüssigen oder verflüchtigen sich bei Temperatureinwirkung und besitzen ggf. eine Kombination der genannten Eigenschaften.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird rieselfähiges Material eingesetzt, welches beim Öffnen der Kokillenmündung aus dem Ringbereich zwischen Kokilleninnenwand und Verlängerung und ggf. Kaltstrang in vorgebbarer Zeit herausrieselt. Die einzelnen Partikel des Füllmaterials sind darüber hinaus in der Lage, der sie kontaktierenden Schmelze Wärme zu entziehen und dadurch eine Schale zu bilden und zwar zu einem Zeitpunkt, bevor die Schmelze sich unmittelbar an die Kokillenwandung anlehnt und durch diese gekühlt wird.

In Kenntnis der in die Kokille eingefüllten Schmelze bezüglich Qualität, Temperatur und Menge, der vor Gießbeginn in den Freiraum eingegebenen Füllmaterial bezüglich Werkstoffeigenschaften und Aufbau und darüber hinaus der vorgebbaren Anfahrgeschwindigkeit des Stranges besteht die Möglichkeit, exakt die Schalenbildung des Stranges vorzugeben und den Strangkopf in der Weise auszugestalten, daß ein relativ kurzes Anfahrstück entsteht, welches durcherstarrt ist, an das sich eine Schale anschließt, die nach einem kurzen Übergang der während des normales Betriebes entstehenden Schale entspricht.

Auf diese Weise wird es möglich, nicht nur den Kaltstrang, sondern auch das Anfahrstück durch das Führungsgerüst zu führen und hier bereits in einem sehr frühen Stadium eine Reduktion des noch einen Sumpf aufweisenden Stranges in den Bereich zwischen Eintritt und Austritt des Strangführungsgerüstes durchzuführen. Aufwendige Tracking-Systeme, filigrane Segmentsteuerungen oder komplizierte Anfahrstrategien mit Verfahren der einzelnen Rollen beim Vorbeiführen des Anfahrkopfes (Wegfolgesysteme) entfallen hierdurch.

Weiterhin sind bei konstantem Kaltstrangformat durch das Verwenden beliebig formatiger Verlängerungen die unterschiedlichsten Kokillenformen einsetzbar.

Ein Beispiel der Erfindung ist mit der beigefügten Figur dargelegt. Dabei zeigt die

Fig. 1 Ein Schema eines Teils einer Stranggießeinrichtung.

Fig. 2a-2d Chronologischer Ablauf des Anfahrprozeßes.

Fig. 3 Verlängerung mit konischer Hülse.

Die Fig. 1 zeigt ein metallurgisches Gefäß 11, welches eine Bodenöffnung 14 aufweist, die durch einen Stopfen 13 verschließbar ist. An das Gefäß 11 ist an die Bodenöffnung 14 ein Tauchausguß 12 angeschlossen.

Der Tauchausguß ragt in eine Kokille 21, welche einen Eingießtrichter 22 und einen Strangführungsbereich 23 besitzt.

An bzw. in die Kokille 21 wird zum Anfahren der Stranggießanlage über das Strangführungsgerüst 31 ein Kaltstrang 41 entgegen der Strangführungsrichtung gebracht. In der Fig. 1 ist der Kaltstrang bis in den Strangführungsbereich 23 der Kokille 21 geführt und kopfendig mit einer Verlängerung 43 versehen, welche bis in den Bereich des Eingießtrichters 22 der Kokille 21 ragt. Die Länge des Verlängerungsstückes ist dabei mit L bezeichnet. Die Kokille selber besitzt eine Höhe H.

Der Freiraum 29, welcher zwischen der Kokilleninnenfläche 24 und der Außenfläche 44 der Verlängerung 43 bzw. dem Kaltstrang 21 verbleibt, wird mit Füllmaterial M aufgefüllt. Darüber hinaus wird das Füllmaterial M sich an die Kokilleninnenfläche 24 anlehnend mindestens entsprechend dem Schüttwinkel aufgefüllt.

Um ein Entweichen des Füllmaterials M zu verhindern, ist im Bereich zwischen dem Kaltstrang 41 und der Verlängerung 43 eine Abdichtung, beispielsweise ein Kragen 47 vorgesehen.

Der Kaltstrang 41 wie auch die Verlängerung 43 weisen eine Dicke s auf, die der späteren Strangdicke entspricht, welche kleiner oder gleich der lichten Weite d der Strangführungsrollen 33 am Ausgang des Strangführungsgerüstes 31 ist.

Die Fig. 2 zeigt in den Variationen a) bis d) den Tauchausguß 12, der in die Kokille 21 hineinragt. Die hier dargestellte Kokille 21 weist zwar auch einen Eingießbereich 22 und einen Strangführungsbereich 23 auf. Erfindungsgemäß können selbstverständlich auch andere Kokillenformen bis hin zur parallelwandigen Kokille Verwendung finden. Gleiches gilt auch für verschiedene Ausgestaltungen des Strangführungsbereiches 23 der Kokille 21, beispielsweise mit einer sogenannten Crown in der Mitte der Kokillenbreitseiten in Strangführungsrichtung. Durch die Wahl der Form und des Materials des Kragens 47 sind auch beliebige Formen im Bereich der Mündung der Kokille möglich, beispielsweise konvergierende Breitseitenwände mit ggf. trichterförmiger Bombierung.

Bei der Fig. 2a ist der Kaltstrang 41 unterhalb der Kokille angeordnet und besitzt auf seiner Stirnfläche 42 eine Verlängerung 43, die hier als Hülse 46 ausgestaltet ist. Im Fußbereich der Verlängerung ist ein Kragen 47 vorgesehen, beispielsweise ein Blechkranz.

In den Innenraum der hülsenförmigen Verlängerung 43 sind Krallen 48 vorgesehen. Der verbleibende Hohlraum wird durch Kaltschrott K gefüllt.

Zwischen der Außenfläche 44 der Verlängerung und der Kokilleninnenwand 24 über den Rand der Verlängerung 43 hinaus ist ein Füllmaterial M eingebracht.

Unterhalb der Kokille 21 befindet sich das Strangführungsgerüst 31 mit den Strangführungsrollen 32.

Zum Anfahren wird wie in Fig. 2b dargestellt, über den Tauchausguß Schmelze S_F eingebracht. Die auf den Kühlschrott K treffende Schmelze S_F erstarrt und verkrallt sich mit der Kralle 48. Die mit dem Füllmaterial M zusammentreffende Schmelze S_F erstarrt nur in seinem Randbereich und bildet eine Schale S_S, welche mit dem durcherstarrten Anfahrstück innig verbunden ist.

Bei der Fig. 2c ist der Kaltstrang 41 ein Stück in Richtung Strangführungsgerüst 31 verfahren worden. Hierdurch wird die Mündung 25 der Kokille 21 freigegeben und das Füllmaterial M kann entweichen, beispielsweise herausrieseln. Durch das Entweichen des Füllmaterials M besteht für die Schmelze S_F die Möglichkeit, sich an die Kokilleninnenfläche 24 anzulehnen und zur Strangschale S_S zu erstarren. In der Fig. 2d ist die Situation dargestellt, daß abgesehen von dem kurzen Anfahrstück S_A, welches sich im Bereich der Verlängerung 43 gebildet hat, ein Strang entstanden ist, der wie im Normalbetrieb eine Strangschale S_S aufweist, welche den Sumpf S_F umhüllt.

Im Bereich der Strangführungsrollen 33, die am Ausgang des Strangführungsgerüstes 31 angeordnet sind, läßt sich der Kaltstrang 41 und das Anfahrstück S_A ohne Veränderung der Distanz beider Strangführungsrollen 33 hindurchführen. Der nachfolgende Strang, der hier einen deutlichen Sumpf S_F besitzt, welcher von der Strangschale S_S umhüllt wird, läßt sich somit nahezu von Anbeginn an einer Reduktion unterwerfen.

Die Fig. 3 zeigt den gleichen Kokillenaufbau wie die Fig. 2a mit dem Unterschied, daß auf den an der Stirnfläche 42 des Kaltstranges 41 angeordneten Blechkragen 47 eine Hülse 46 angeordnet ist, die in Richtung Tauchausguß 12 konisch divergiert und sich an der Kokilleninnenfläche 24 im Strangführungsbereich 23 anlehnt.

Zwischen der Hülse 46 und der Kokilleninnenfläche 24 ist wiederum das Füllmaterial M eingefüllt. Vor dem Anfahren wird in die Hülse Kaltschrott K eingefüllt.

Beim Anfahren trifft flüssige Schmelze auf den Kühlschrott und die relativ kalte Hülse 46. Gleichzeitig wird der Kaltstrang 41 angefahren und der Blechkragen 47 gibt das Material M frei, welches aus der Kokille 21 herausrieselt. Durch den ferrostatischen Druck des flüssigen Metalles wird die inzwischen mindestens erweichte Hülse in den vom herausrieselnden Füllmaterial M freigegebenen Raum gedrückt, wobei die entstehende Strangschale sich hier anlehnt.

Beim weiteren Durchfahren durch das Strangführungsgerüst mit den Rollen 32-33 werden nicht nur der Kragen 47, sondern auch die Reste der Hülse 46 sowie die mit dem flüssigen Sumpf umgebende Strangschale ohne Änderung der lichten Weite der Stranggießrollen geführt.

Positionsliste Schmelzenzufuhr

11

Metallurgisches Gefäß

12

Tauchausguß

13

Stopfen

Kokilleneinrichtung

21

Kokille

22

Eingießtrichter

23

Strangführungsbereich

24

Kokilleninnenfläche

29

Freiraum

Strangführung

31

Strangführungsgerüst

32

Strangführungsrolle am Eingang

33

Strangführungsrolle am Ausgang

Dummy

41

Kaltstrang

42

Stirnfläche

43

Verlängerung

44

Außenfläche (

43

)

45

Kopf (

43

)

46

Hülse

47

Blechkragen

Gießstrang

51

Stranganfahrstück

52

Schale
K Kaltschrott
M Füllmaterial
L Länge Verlängerung (

43

)
H Kokillenachse
a Wandstärke
d lichte Weite (

33

)

s

Strangdicke
S_F

Schmelze, Sumpf
S_S

Strangschale
S_A

Anfahrstück

Claims

1. Verfahren zum Angießen eines Endlosstranges, insbesondere aus Stahl, in einer stationären Kokille, die einen trichterförmigen Eingießbereich aufweist, dessen Querschnittsfläche größer ist als die das Gießformat bestimmende Kokillenmündung, und der ein Führungsgerüst, insbesondere zur Durchführung einer Reduktion der Brammendicke, nachgeschaltet ist, über das entgegen der Strangführungsrichtung ein Kaltstrang zur Kokille geführt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) vor dem Anfahren wird mindestens eine am Kopf des Kaltstranges befestigte Verlängerung in die Kokille gefahren und gegen Abströmen von Flüssigmetall aus der Kokillenmündung abgedichtet
b) beim Anfahren wird in die Kokille von der Eingießseite aus Schmelze eingebracht, die sich mit einer an der Stirn des Anfahrkopfes angebrachten Verlängerung innig verbindet, wobei der Schmelze während des Erstarrens eine Form gegeben wird, die der Gießform entspricht, wie sie während des Betriebes das Strangführungsgerüst verläßt
c) bei ausreichender Länge des so gebildeten Stranganfahrstückes wird der Kaltstrang einschließlich des Stranganfahrstückes aus der Kokille herausgezogen und
d) dabei wird die Strangabzugsgeschwindigkeit in einer Größe eingestellt, daß im wesentlichen die Dicke des in der Kokille befindlichen Brammenstückes durch Freigabe des Raumes zwischen Brammenaußenwand und Kokilleninnenwand sich allmählich an die Kokilleninnenform anpaßt und gleichzeitig eine den flüssigen Sumpf umhüllende Schale sich entwickelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe durch Verflüssigen eines zwischen der Brammenaußenwand und der Kokilleninnenwand befindlichen Materials erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe durch Abfließen eines zwischen der Brammenaußenwand und der Kokillenwand befindlichen rieselfähigen Materials erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material im Raum zwischen Brammenaußenwand und Kokilleninnenwand eingesetzt wird, welches die Schalenentwicklung der Bramme durch Wärmeentzug unterstützt.

5. Vorrichtung zum Angießen einer Stranggießanlage, insbesondere für Stahl mit einer stationären Kokille, in deren trichterförmigen Eingießbereich ein mit einem metallurgischen Gefäß befestigter Tauchausguß ragt, und der ein in seiner lichten Weite veränderbares Strangführungsgerüst nachgeordnet ist, über das zum Angießen entgegen der Strangführung ein Kaltstrang zur Kokille führbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kaltstrang (41) und das Stranganfahrstück (51) ein Format aufweisen, das maximal bezüglich der Strangdicke (s) dem geplanten Gießformat und damit der lichten Weite (d) der Rollen (33) am Ausgang des Strangführungsgerüstes (31) entspricht,
daß an der Stirnfläche (42) des Kaltstranges (41) eine Verlängerung (43) anbringbar ist,
daß an der Außenfläche (44) der Verlängerung (43) quer zur Gießrichtung eine kragenförmige Dichtung (47) vorgesehen ist, die sich bis zur Kokilleninnenfläche (24) erstreckt, und
daß mindestens in den Freiraum (29) zwischen den sich zugeneigten Verlängerungsaußenflächen (44) und den Kokilleninnenflächen (24) ein Füllmaterial (M) einfüllbar ist, welches beim Anfahren der Anlage den Freiraum (29) freigibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (43) ein Rechteckkörper ist, dessen Breite und Höhe der Stirnfläche (42) des Kopfes (45) des Kaltstranges (41) angepaßt ist und dabei eine Länge (L) aufweist, die ausreicht, um beim Einfüllen der Schmelze eine feste Verbindung mit dem Kaltstrang entstehen zu lassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckkörper als Hülse (46) ausgestaltet ist mit zum Tauchausguß (12) hin offener Einfüllung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) aus einem Material besteht, das beim Angießvorgang teilweise aufschmilzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) aus einem Material gebildet wird, das eine Wandstärke (a) von a = 0,5 bis 15 mm aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) aus einem Material gefertigt ist, das beim Angießvorgang durch Kontakt mit der Schmelze (S_F) zumindestens aufschmilzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) Breitseiten besitzt, die sich entgegen der Strangabzugsrichtung konisch öffnen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckkörper aus einem Werkstoff aufgebaut ist, der bei Kontakt mit der Flüssigschmelze verdampft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (M) ein Pulver, z. B. Gießpulver ist, welches nach Freigabe aus dem Freiraum (29) abfließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (M) aus rieselfähigen Partikeln besteht in einer Korngröße von 0,3 bis 3 mm.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das rieselfähige Füllmaterial (M) ein Werkstoff ist, der in der Lage ist, der Flüssigschmelze (S_F) Wärme zu entziehen, z. B. Metallpartikeln.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (M) aus zwei Schichten verschiedener Werkstoffe aufgebaut ist, wobei die Schmelzentemperatur der der Kokillleninnenfläche (24) zugeneigten ersten Schicht um ΔT = 200 bis 600°C niedriger ist als die Schmelzentemperatur der zweiten Schicht.