DE2043882B2 - Verfahren zur Herstellung eines Stahlgußblockes, insbesondere einer Bramme aus unberuhigtem Stahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlgußblockes, insbesondere einer Bramme aus unberuhigtem Stahl, durch Vergießen

65 einer Stahlschmelze in einem oder in mehreren Strahlen in eine gekühlte Gießform, wobei die Gießstrahlen in Tröpfchen zersprüht werden; weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.

Ein solches Verfahren ist aus der österreichischen Patentschrift 251214 bekanntgeworden. Hierbei wird die in Tröpfchen aufgelöste Stahlschmelze in eine trichterförmige Gießform mit gekühlten Wänden gegossen, aus deren Boden ein teilweise festgewordener, teigiger Strang austritt, der durch Walzen im unmittelbaren Anschluß an seinen Austritt aus der Gießform verformt wird.

Aus der deutschen Patentschrift 24 460 ist zur Herstellung von porösen Oberflächenschichten oder flächenhaften Gebilden aus geschmolzenem Blei oder einer Legierung von Blei und Zink bekannt, den Gießstrahl mittels eines Dampfstromes zu zerstäuben und auf einen flachen Körper zu werfen. Zum Auftragen metallischer Schutzschichten, insbesondere aus Zinn, ist es aus der deutschen Patentschrift 838 846 bekannt, das flüssige Schutzmetall in einer Vielzahl feiner Tropfen zu zerstäuben, elektrisch aufzuladen und in einem elektrischen Feld an dem zu schützenden Gegenstand niederzuschlagen. Solche Vei fahren zur Erzeugung poröser Schichten aus Blei oder zur Auftragung metallischer Schutzschichten sind auf Grund der unterschiedlichen technologischen Voraussetzungen und Zielsetzungen mit der Herstellung von Stahlgußblöcken nicht vergleichbar.

Beim herkömmlichen Vergießen von Stahl zur Herstellung eines Gußblockes in einer Gießform nimmt die Erstarrung ihren Ausgang an der Kokillenwand, wo sich eine Erstarrungsfront bildet, die im Laufe der Abkühlung relativ langsam fortschreitet. Mit dieser Art des Übergangs von der flüssigen in die feste. Phase ist zwangläufig eine mehr oder weniger starke Anreicherung von im Metall gelösten Stoffen im Grenzbereich zwischen der flüssigen und festen Phase verbunden, wodurch es zur sogenannten Blocksteigcrung kommt. Wenn bei Verschiebungen der Konzentration gelöster Stoffe an der Erstarrungsfront die Gleichgewichtsbedingungen chemischer Reaktionen überschritten werden, so entstehen feste oder gasförmige, seltener flüssige Reaktionsprodukte. Bei der Erstarrung von Stahlblöcken wird häufig eine Bildung von Randblasen und eine Anreicherung nichtmetallischer Einschlüsse in der Randzone beobachtet, die bei der Weiterverarbeitung zu Oberflächenfehlern führen können. Die verunreinigte Randzone muß beispielsweise durch Flammen entfernt werden, wodurch Materialverluste entstehen.

Infolge der beim Abkühlen des Stahles von Gießauf Raumtemperatur eintretenden Volumensabnahme kommt es im Inneren der Gußblöcke, die unter Ausbildung einer festen Randschicht und eines flüssigen Sumpfes gegossen werden, zur Bildung von Schwindungshohlräumen, sogenannten Lunkern. Die Lunkerbildung kann duivli besondere Maßnahmen so beeinflußt werden, daß die Lunker im Oberteil des (iußblockcs entstehen; jedoch verursachen Lunker in jedem Falle Ausbringungsverluste, und immer ist die Gefahr gegeben, daß bei der Weiterverarbeitung Innenfehlcr in Erscheinung treten, die einen Ausschuß zur Folge haben. Die Lunker enthalten immer Anreicherungen von nichtmetallischen Einschlüssen, die aus der stark geseigerten, zuletzt er-

starrenden Restschmelze stammen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch Umschmelzverfahren, z. B. das Elektronenstrahlschmelzen und das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren, eine Verbesserung dieser Verhältnisse zu erreichen, doch sind diese Verfahren für eine Herstellung von Massenstählen zu aufwendig und nicht genügend leistungsfähig. Bei den Umschmelzverfahren, die wassergekühlte Gießformen anwenden, wird wohl die Erstarrung beschleunigt, doch ist die Ausbildung eines mehr oder weniger ausgedehnten Metallsumpfes nicht vermeidbar; die Erstarrungsverhältnisse werden also nicht prinzipiell, sondern nur graduell verbessert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besieht demzufolge in der Schaffung eines Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung, mit dem bzw. mit der auf wirtschaftliche Weise homogene, im Aufbau weitgehend isotrope Stahlgußblöcke ohne Gußfehler hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung eines Stahlgußblockes durch Vergießen einer Stahlschmelze in einem oder in mehreren Strahlen in eine gekühlte Gießform, wobei die Gießstrahlen in Tröpfchen zersprüht werden, dadurch gelöst, daß die Tröpfchen schichtenweise auf die gekühlte Bodenfläche der Gießform abgelagert und zum lunkerfreien Erstarren bzw. gegenseitigen Verschweißen gebracht werden, indem die Bodenfläche der Gießform etwa senkrecht zu dem bzw. den Gießstrahlen periodisch hin- und herbewegt oder kontinuierlich daran vorbeibewegt wird. Dadurch wird die Entstehung eines ausgedehnten flüssigen Sumpfes verhindert, wodurch wiederum eine Entstehung von Gußfehlern, wie insbesondere Lunkern vermieden wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Stahlgußblock unmittelbar nach der Erstarrung warm verformt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der oder die Gießstrahlen mittels eines inerten Druckgases, wie Stickstoff, unter Bildung von Sprühkegeln zersprüht und um die Sprühkegel wird eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten. Die Sprühkegel können periodisch geschwenkt werden, so daß die gesamte Bodenfläche der Gießform bzw. die bereits erstarrten Schichten von Metalltröpfchen beaufschlagt werden.

Es ist auch möglich, daß um den bzw. um die Gießstrahlen ein evakuierter Raum vorgesehen wird, um das Zersprühen der Gießstrahlen zu bewirken.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt mindestens ein Gießgefäß, das einen oder mehrere Ausgüsse aulweist, aus denen die Metallschmelze in Form eines oder mehrerer Gießstrahlen ausläuft, und eine gekühlte Gießform, wobei unterhalb des oder der Ausgüsse wenigstens eine, insbesondere ringförmige Sprüheinrichtung mit düsenförmigen AustriltsöfFnungen für ein unter Druck stehendes Sprühgas vorgesehen ist, und zeichnet sich dadurch aus, daß die vorzugsweise durch ein ringförmiges Rohr gebildete Sprüheinrichtung relativ zur Gießform beweglich ist.

Die Sprüheinrichtung kann heb- und senkbar, sowie schwenkbar sein.

Die Gießform kann eine wassergekühlte Kupferkokillc sein. Vorzugsweise ist die Gießform in einem gasdicht abschließbaren Gehäuse eingesetzt, welches mit einer Inertgasleitung und gegebenenfalls mit einer Vakuumpumpe verbindbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausfährungsbeispieles für eine erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert.

Aus einer Gießpfanne 1 läuft der flüssige Stahl 2 in Form eines oder mehrerer Gießstrahlen 3 aus. Der Gießstrahl 3 ist konzentrisch von einem ringförmigen

ίο Rohr 4 umgeben, das nach unten gerichtete, zur Achse des Gießstrahles 3 geneigte, düsenförmige Öffnungen für die Zufuhr eines Sprühgases, z. B. Stickstoff, Argon oder ein anderes, nichtoxydierendes Schutzgas, aufweist. Durch die unter überdruck austretenden Gasstrahlen 5 wird der Gießstrahl 3 zerstäubt, und es entsteht ein aus kleinen Tropfen bestehender Sprühkegel 6, der gegen den Boden einer wassergekühlten Gießform 7 gerichtet ist. Die Zufuhr des Kühlmittels zur Kokille oder Gießform 7 erfolgt durch Leitungen 8. Die Gießform 7 ist horizontal auf Rollen 9, die auf einer Schienenbahn 10 ablaufen, im Sinne des Doppelpfeiles hin- und herbewegbar. Der Sprühkegel 6 beaufschlagt die gesamte Breite der Gießform 7. Durch die Hin- und Herbewegung der Gießform 7 können sich die Metalltröpfchen schichtenweise über die gesamte Bodenfläche der Gießform bzw. über den bereits erstarrten Schichten von Metalltröpfchen ablagern und erstarren sehr rasch durch die Kühlung vom Boden her und durch Wärmeabstrahlung nach oben, welche durch die große Oberfläche des sich bildenden Stahlgußblockes begünstigt wird Es kann sich kein flüssiger Metallsumpf bilden. Eine Lunkerbildung ist dadurch unmöglich. Es wird eine gleichmäßige Verteilung der in der Schmelze gelösten und bei der Abkühlung sich ausscheidenden Stoffe, insbesondere der Desoxydationsprodukte in sehr feiner Form erreicht. Diese feine Verteilung wirkt sich bei der Weiterverarbeitung des Stahlgußblockes und auch am Endprodukt vorteilhaft aus.

Wenn die Breite des Stahlgußblockes bzw. der Gußform 7 groß ist, ist es zweckmäßig, das ringförmige Rohr 4 schwenkbar anzuordnen, so daß der Sprühkegel 6 während des Gießens periodisch geschwenkt und damit die gesamte Breite der Gießform 7 gleichmäßig beaufschlagt werden kann. Das Rohr 4 kann auch heb- und senkbar sein, wodurch eine Beeinflussung der Größe des Sprühkegels 6 möglich ist.

Der Strahlqucrschnitt, die Gießtemperatur, Teilchengröße, Gießgeschwindigkeit, Kühlung und Bewegung der Gießform 7 müssen entsprechend abgestimmt werden, um einen ausreichend dichten, ebenen Stahlgußblock herzustellen.

Zur Vermeidung von Oxydationserscheinungen am Stahl ist die Gießform 7 in einem geschlossenen Behälter 11 angeordnet, der mit Schutzgas gefüllt ist. Der Behälter 11 kann auch mit einer Vakuumpumpe verbunden und mit deren Hilfe evakuiert werden. Beim Eintritt des Metallstrahles 3 in den evakuicrten Raum tritt von selbst ein Zersprühen und Auflösen in kleine Teilchen ein und wird ein Entgasungseffekt erreicht. Zur Stabilisierung des Sprühkegels 6 kann zusätzlich eine kleine Menge inerten Gases auf den Metallstrahl 3 geblasen werden; es ist also nicht erforderlich, ein absolutes Vakuum herzustellen, vielmehr genügt gegebenenfalls auch ein nur geringer Unterdruck.

Erfindungsgemäß hergestellte Stahlgußblöcke wer-

den in üblicher Weise weiterverarbeitet, d. h., es sind entsprechende Verformungsgrade zum Verschweißen noch vorhandener kleiner Porositäten erforderlich. Das Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung von Bitchen mit besten Eigenschaften angewendet. Der Werkstoff dieser Bleche ist durch einen weitgehend isotropen Aufbau gekennzeichnet, so daß sich in allen Prüfrichtungen gleichmäßige technologische Kennwerte ergeben; solche Werkstoffe weisen ein besonders günstiges Verhalten bei der Weiterverarbeitung, z. B. bei der Kaltumformung, auf.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Vergießen von unberuhigtem Stahl erblickt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Stahlgußblockes, insbesondere einer Bramme aus unberuhigtem Stahl, durch Vergießen einer Stahlschmelze in einem oder in mehreren Strahlen in eine gekühlte Gießform, wobei die Gießstrahlen in Tröpfchen zersprüht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen schicht- ίο weise auf die gekühlte Bodenfläche der Gießform abgelagert und zum lunkerfreien Erstarren bzw. gegenseitigen Verschweißen gebracht werden, indem die Bodenfläche der Gießform etwa senkrecht zu dem bzw. den Gießstrahlen periodisch hin- und herbewegt oder kontinuierlich daran vorbeibewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlgußblock unmittelbar nach der Erstarrung warmverformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Gießstrahlen mittels eines inerten Druckgases, wie Stickstoff, unter Bildung von Sprühkegeln versprüht werden, und daß um die Sprühkegel eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühkegel periodisch geschwenkt werden, so daß die gesamte Bodenfläche der Gießform bzw. die bereits erstarrten Schichten von Metalltröpfchen beaufschlagt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß um den bzw. um die Gießstrahlen ein evakuierter Raum vorgesehen wird, um das Zersprühen der Gießstrahlen zu bewirken.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens einem Gießgefäß, das einen oder mehrere Ausgüsse aufweist, aus denen die Metallschmelze in Form eines oder mehrerer Gießstrahlen ausläuft, und einer gekühlten Gießform, wobei unterhalb des oder der Ausgüsse wenigstens eine insbesondere ringförmige Sprüheinrichtung mit düsenartigen Austrittsöffnungen für ein unter Druck stehendes Sprühgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise durch ein ringförmiges Rohr (4) gebildete Sprüheinrichtung relativ zur Gießform (7) beweglieh ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung heb- und senkbar sowie schwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (7) eine wassergekühlte Kupferkckille ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (7) in einem gasdicht abschließbaren Gehäuse (11) eingesetzt isi, welches mit einer Inertgnsleitung und gegebenenfalls mit einer Vakuumpumpe verbindbar ist.