DE2630500A1 - Verfahren zum kontinuierlichen metallgiessen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

S KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 5.7.1976 Nr. 116

Foseco Trading AG, Langenjohnstraße 9, 7000 Chur / Schweiz Verfahren zum kontinuierlichen Metallgießen

Die Erfindung betrifft das kontinuierliche Gießen von geschmolzenem Metall.

In den letzten Jahren wurden kontinuierliche Gießtechniken weitgehend für die Großherstellung von Barren, Blöcken und Brammen aus Stahl und Aluminium eingeführt. Beim kontinuierlichen Gießen wird geschmolzenes Metall aus einer Gießpfanne in ein Zwischengefäß geleitet (gewöhnlich Tundish oder Gießwanne genannt), das dazu dient, eine konstante Höhe von geschmolzenem Metall aufrecht zu erhalten, wobei geschmolzenes Metall vom Boden des Tundishs durch einen oder mehrere Ausflußstutzen in eine Form zum kontinuierlichen Gießen fließt. Ein Metallstrang wird vom Boden der Gußform, bei der wenigstens die äußeren Wände fest sind, abgezogen und der Strang anschließend zu Barren, Blöcken oder Brammen geschnitten.

Die Qualität des gegossenen Metalls kann durch Oxid- und andere nicht metallische Einschlüsse, die aufgenommen werden können, wenn das aus dem Ofen oder Konverter stammende geschmolzene Metall nicht sorgfältig behandelt wird, nachteilig beeinflußt werden. Es wurden weitgehend allgemeine Grundlagen für eine sorgfältige Handhabung entwickelt, wozu gehört, daß

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man darauf achtet, daß das geschmolzene Metall nicht unnötige Turbulenz verursacht oder mehr als unvermeidlich athmosphärischer Oxidation ausgesetzt wird.

Es wurde mehrfach der Vorschlag gemacht, den vom Boden der Gießpfanne abfließenden Strom von geschmolzenem Metall mit einem Gießrohr zu umgeben. Bekannte Vorschläge dieser Art betreffen komplizierte Anlagen und benötigen beträchtlichen Kapitalaufwand. In vielen Fällen entspricht die Qualitätsverbesserung des Gußmetalls nicht dem getriebenen Aufwand.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum kontinuierlichen Metallgießen, bei dem geschmolzenes Metall aus einer Gießpfanne in ein Zwischengefäß fließt, bei dem zwischen der Gießpfanne und dem Zwischengefäß sich ein Schutzrohr um das geschmolzene Metall befindet, das wenigstens in seinem Inneren aus einem hitzebeständigen wärmeisolierenden Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, wobei das Rohr so angebracht wird, das sein unteres Ende wenigstens bis zur Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Zwischengefäß reicht.

Das Schutzrohr kann irgendeine geeignete Form, z.B. quatratischen oder kreisförmigen Querschnitt,aufweisen. Das Rohr kann gleichmäßigen Querschnitt haben oder sich verjüngen, wobei es am unteren Ende enger als oben ist. Das Rohr kann zylindrisch sein und aus einem Stück bestehen. Vorzugsweise weist es jedoch quadratischen Querschnitt auf und besteht aus mehreren Platten aus hitzebeständigen wärmeisolierenden Dämmaterial. Zum Beispiel kann das Rohr vier rechteckige Platten enthalten, die so angebracht sind, daß sich ein Rohr mit rechteckigem konstantem Querschnitt ergeben; oder es können vier trapezförmige Platten so angeordnet werden,

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daß sie ein Rohr mit rechteckigem Querschnitt bilden, das sich nach Innen von oben nach unten verjüngt.

Das Rohr kann selbsttragend sein oder von einem geeigneten Rahmen gehalten werden. Wie oben bemerkt, ist wenigstens das Innere des Schutzrohres aus feuerfestem, wärmeisolierendem Material von geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Entweder kann das gesamte Rohr aus solchem Material, hergestellt sein oder das Äußere des Rohrs besteht aus anderem Material, beispielsweise einer metallischen oder hitzebeständigen oder keramischen Außenschicht. Ein solches hitzebeständiges oder keramisches Material braucht nicht die geringe Dichte und Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen, die für das Rohrinnere benötigt werden.

Die Rohrabmessung kann in weitem Rahmen schwanken. Das Rohr kann sich dicht um den Strom von geschmolzenem Metall, der sich vom Boden der Gießpfanne ergießt, legen und kann tatsächlich beim Gebrauch durch den Strom von geschmolzenem Metall gefüllt werden. Andererseits können die Rohrwände völlig frei vom Strom des geschmolzenen Metalls sein. Die Rohrwände können soweit auseinander sein wie die Wände des Tundishs; so kann das Rohr z.B. zwei Teile haben, die jeweils Verlängerungen der Tundishwand sind und zwei Teile, die sich über den Tundish erstrecken, wobei die vier Teile ein weites Rohr mit rechteckigem Querschnitt bilden. Zwei Wände eines solchen Rohrs können gegebenenfalls eine Einheit mit verschleißbaren Auskleidungsplatten bilden, die im Tundishinneren zum Schutz der hitzebeständigen Steinauskleidung angebracht sind.

Gegebenenfalls können in der Rohrwand mehrere Einblasöffnungen vorgesehen sein, um ein inertes Schutzgas, wie z.B.

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- 4 Argon, in den Hohlraum des Rohrs zu blasen.

Das Rohrinnere besteht, wie angeführt, aus einem hitzebeständigen wärmeisolierenden Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit. Ein solches Material kann eine Zusammensetzung aufweisen, die organische und/oder anorganische Fasern (vorzugsweise beide Faserarten),teilchenförmiges, hitzebeständiges Material und ein Bindemittel enthält, und solche Zusammensetzungen sind auf dem Gebiet der feuerfesten Stoffe für Gießereien und Stahlwerke bekannt.

Als organische Fasern für solche Gemische können Zellulosefasern wie Papiermasse verwendet werden; geeignete anorganische Fasern sind z.B. Aluminiumsilikatfaser, Kalziumsilikatfaser und Asbest. Geeignetes teilchenförmiges hitzebeständiges Material ist z.B. Siliziumdioxyd,Magnesit, Aluminiumoxyd und Aluminiumsilikate wie z.B. gebrannter Ton oder Schamotte, Magnesiumsilikate wie Olivin und kohlehaltige hitzebeständige Materialien wie z.B. Koksmehl. Die Masse kann mit Hilfe eines Bindemittels zur geeigneten Form verbunden werden, beispielsweise mit einem organischen Binder wie einem Phenylformaldehyd- oder Harnstofformaldehy-Harz oder Stärken; es kann auch ein. anorganischer Binder, wie ein Alkalisilikat oder ein kolloidales Oxyd-Hydrosol verwendet werden. Bevorzugt werden die Bestandteile der Masse, die das Rohrinnere bildet, in folgenden Gewichtsanteilen verwendet:

Organische und/oder anorganische Fasern 2 - 15 % teilchenförmiges feuerfestes Material 75 - 97 % Binder 1 - 10 %.

Vorzugsweise ist die Dichte des Rohrmaterials geringer als 1,5 g/cm und seine Wärmeleitfähigkeit liegt vorzugsweise

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unter O.OOO7 Kalorien/cm /cm/sec/ C,

Zur Halterung des Rohrs kann jede geeignete Vorrichtung
verwendet werden. Wie oben erwähnt, soll das untere Ende
des Rohrs sich wenigstens bis auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish erstrecken; es kann auch ein wenig unter diese Oberfläche reichen. Dabei wird in diesem Zusammenhang auf das normale Niveau des geschmolzenen Metalls in dem Tundish während des kontinuierlichen Gießverfahrens Bezug genommen und nicht auf die Höhe der Metalloberfläche, die zu Beginn des kontinuierlichen Gießens ansteigt und am Ende eines Gusses abfällt.

Das Rohr kann durch einen geeigneten Rahmen oder ähnliches gehalten werden, der auf der Oberkante des Tundishs oder, wenn der Tundish ein Dach hat, auf dem Dach aufliegt. Die Haltevorrichtung für das Rohr kann das Justieren des Rohres in senkrechte Stellung ermöglichen. Wenn z.B. das Rohr konstanten Querschnitt aufweist, können mehrere Klammern in
vertikalem Abstand vorgesehen sein, die das Rohr an einem festen Rahmen in verschiedenen Höhen halten können.

Falls das Rohr rechteckigen Querschnitt aufweist,wird das Rohr manchmal vorzugsweise so angeordnet, daß die Diagonalen des rechteckigen Querschnitts im wesentlichen parallel zu einer Tundish-Seite verlaufen. Dies erleichtet den Zugang zu den einzelnen Bestandteilen der Gesamtvorrichtung.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der folgenden Figuren beschrieben:

Figur 1 stellt einen Querschnitt durch eine Anordnung aus Gießpfanne, Tundish oder Gießwanne und Schutzrohr dar;

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Figur 2 ist ein Schnitt durch eine andere Vorrichtung, und steht rechtwinklig zu dem Schnitt nach Figur 1;

Figur 3 ist ein Schnitt in einer ähnlichen Ebene wie Figur 1 durch eine andere Ausführungsform von Gießpfanne,Rohr und Tundish und

Figur 4 ist eine Aufsicht auf Rohr und Tundish gemäß Figur 3.

In Figur 1 weist eine Gießpfanne (1) einen in ihren Boden eingesetzten Ausflußstutzen auf, aus dem sich geschmolzenes Metall (3jergießt. Unterhalb der Gießpfanne (1) ist ein Tundish (4) angebracht, der aus einer äußeren Metallumkleidung (5\ einer Auskleidung aus feuerfesten Steinen (6) und einer inneren verschleißbaren Auskleidung (13) besteht, die aus mehreren Platten von feuerfesten wärmeisolierendem Material besteht. In den Boden des Tundishs sind Ausflußstutzen (7) eingesetzt, durch die geschmolzenes Metall in nicht dargestellte Gußformen für kontinuierliches Gießen fließt, die unter dem Tundish (4) angebracht sind.

Wenn die Gießbedingungen im Gleichgewichtszustand sind, liegt im Tundish geschmolzenes Metall bis zur Höhe (8) vor und die Oberseite des geschmolzenen Metalls wird von einer Schicht aus wärmeisolierendem Pulver (9) bedeckt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Rohr aus feuerfestem, wärmeisolierendem Material geringer Dichte und geringer Leitfähigkeit (10) in einem Metallrahmen (11) , der auf den oberen Kanten des Tundishs (4) befestigt ist. Wie man aus Figur 1 ersieht, umschließt Rohr (10) den Strom aus geschmolzenem Metall (3) vom Boden der Gießpfanne und erstreckt sich etwas in das geschmolzene Metall in dem T_undish.

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Die Anordnung nach Figur 2 ist ähnlich der Anordnung in Figur 1, V7obei gleiche Bezugszahlen gleiche Teile kennzeichnen. Jedoch wird in Figur 2 das Schutzrohr aus einem Paar von Platten (14)f aus hitzebeständigem wärmeisolierendem Material auf den Seitenwänden des Tundishs und einem Paar von nicht gezeigten Querplatten gebildet, die sich über den Tundish erstrecken "und mit den Seitenkanten der Platten unter Bildung des Schutzrohrs in Eingriff stehen.

Figur 3 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figur 1, wobei das Rohr in diesem Falle aus Doppelplatten hergestellt wurde, die aus einer Außenschicht aus feuerfestem Material (15) und einer inneren Schicht (16) aus wärmeisolierendem feuerfestem Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen.

Figur 4 zeigt die Anordnung gemäß Figur 3 von oben, wobei ersichtlich ist, daß der rechteckige Rahmen, der die Doppeloder Duplexplatten trägt, mit seinen Diagonalen im wesentlichen parallel und quer zur Länge des Tundishs angeordnet ist.

Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht gegenüber bekannten Anordnungen zahlreiche Vorteile. Vor allem wurde festgestellt, daß sich die Spritzer von geschmolzenem Metall beträchtlich verringern, insbesondere beim Ingangsetzen des kontinuierlichen Gießens, d.h., wenn der Tundish zum ersten Mal gefüllt wird.

Da das Rohrinnere aus einem hochwärmeisolierenden Material geringer Dichte besteht, bleiben die Teilspritzer nicht an den Rohrwänden unter Erstarren hängen, sondern fallen in den Tundish zurück. Dementsprechend bildet sich im Rohrinneren, insbesondere an seiner Oberseite, kein Metallbär. Die Bildung eines Metallbären in diesem Bereich ist ein besonderer

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Nachteil bekannter Konstruktionen, bei denen unterhalb von Gießpfannen Gießrohre verwendet werden.

Ferner wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Verwendung eines Schutzrohrs die Turbulenz des geschmolzenen Metalls in der Gießzone beträchtlich vermindert, was für die Verminderung der Verschleißwirkungen des geschmolzenen Metalls auf die Tundish-auskleidungen in diesem Gebiet, insbesondere auf eine verschleißbare innere Auskleidung, wie z.B. die innere Auskleidung (13) gemäß Figur 1, wertvoll ist.

Da das erfindungsgemäße Schutzrohr bis auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in den Tundish reicht, verhindert das Schutzrohr, wenn erstmal Gleichgewichtsbedingungen erreicht wurden, daß Isoliermaterial,das sich oben auf den geschmolzenen Metall im Tandish befindet, z.B. das Isolierpulver (9) gemäß Figur 1, in das geschmolzene Metall eingeschlossen wird. Abgesehen von der Verhinderung von Einschlüssen wird durch die allgemeine Verringerung an Turbulenz und durch die Entfernung der Isolierschicht vom Auftreffpunkt des Stroms am geschmolzenen Metall auf das geschmolzene Metall in dem Tundish erreicht, daß die Wirksamkeit der Deckschicht wegen Störungen nicht mehr verringert wird. Insbesondere neigen Deckschichten dazu, etwas zu sintern und zu brechen, wenn die Oberfläche des geschmolzenen Metalls gestört wird, was bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schutzrohrs stark verringert wird. Diese Verringerung erfolgt wegen des eben genannten Fehlen an Turbulenz und weil das Schutzrohr die Menge an Strahlungswärme, die auf die Schutzschicht auf der Oberfläche auftrifft, vermindert.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht ausreichenden Zugang zu dem Ausflußstutzen der Gießpfanne, beispielsweise zu seinem Durchstoßen bei der Reinigung. Ein solches Durchstoßen kann

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durchgeführt werden, ohne daß es notwendig wäre, die Gießpfanne zu bewegen. Zusätzlich vermindert das Schutzrohr in beträchtlichem Maße die Wärmemenge, die durch den Strom an geschmolzenem Metall an die Umgebung abgestrahlt wird; hierdurch werden nicht nur Arbeitsbedingungen und Sicherheit für das Personal verbessert, sondern auch die Wärmeverluste und entsprechend das Ausmaß an Überhitzung des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne vor .dem Gießen vermindert.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist einfach, leicht und vor dem Gießen leicht zusammenzusetzen und während und nach dem Guß leicht zu handhaben. Die Einheit aus Rohr und den zugehörigen Halte- und Einstellvorrichtungen kann abseits des Tundishs hergestellt werden und vor Gußbeginn einfach auf denTundish gesetzt werden. Dementsprechend erreicht man eine beträchtliche bessere Handhabung gegenüber den komplizierten Systemen nach dem Stand der Technik.

Zusätzlich kann das Schutzrohr aus leicht hergestellten Abschnitten aus genügend billigen hitzebeständigen wärmeisolierenden Materialien hergestellt werden, die ermöglichen, daß das Rohr als Verschleißteil hergestellt wird, d.h. daß es nach Ende des Gußzyklus weggeworfen wird und für den nächsten Zyklus ein neues Rohr ähnlich der Verwendung der oben beschriebenen verschleißbaren Auskleidung (13) verwendet wird.

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Claims (14)

1. - 1ο -

   Patentansprüche

   l^¹ Verfahren zum kontinuierlichen Metallgießen, wobei gegeschmolzenes Metall aus einer Gießpfanne in ein Zwischengefäß fließt, wobei um das geschmolzene Metall zwischen der Gießpfanne und dem Zwischengefäß ein Schutzrohr angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr wenigstens in seinem Innern aus einem hitzebeständigen wärmeisolierenden Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist und daß es so angebracht ist, daß sein unteres Ende wenigstens bis zur Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Zwischengefäß reicht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr nur von dem Zwischengefäß getragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohr verwendet, das konstanten Querschnitt aufweist und von einer Anzahl von Klemmen mit senkrechtem Abstand gehalten wird, die mit einem Träger in Eingriff stehen und die eine Einstellung des Rohrs in senkrechter Stellung ermöglichen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Rohr aus einem hitzebeständigen wärmeisolierenden Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einer Innenschicht aus hitzebeständigem wärmeisolierendem Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit und einer Außenschicht aus Metall, hitzebeständigem oder keramischem Material besteht.

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6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr aus mehreren Platten zusammengesetzt ist, wobei jede Platte ganz oder teilweise aus'einem hitzebeständigen wärmeisolierendem Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr vier rechteckige oder trapezförmige Platten aufweist* die ein Rohr von rechteckigem Querschnitt ergeben.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr auf der Oberkante des Zwischengefäßes mit Hilfe eines Trägers gehalten wird, wobei eine Diagonale des rechteckigen Rohrguerschnitts im wesentlichen parallel zu einer Seite des Zwischengefäßes verläuft.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr bis unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem .Zwischengefäß erstreckt.
10. 1 o.Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Rohrs ein inertes Gas eingeblasen wird.
11. 11.Verfahren nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrinnere aus einer Masse hergestellt wurde, die organische und/oder anorganische Fasern, teilchenförmiges hitzebeständiges Material und einen Binder enthält.
12. 12.Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile in folgenden Gewichtsteilen vorliegen: organische und/oder anorganische Faser 2 - 15 % teilchenförmiges hitzebeständiges Material 75 - 97 % Bindemittel 1 - 1o %.

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13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Materials im Rohrinneren weniger als .1,2 g/cm und seine Wärmeleitfähigkeit weniger als o,ooo7 cal/cm /cm/sec/°C betragen.
14. 14. Tundish oder Gießwanne, der auf seiner Oberseite ein Schutzrohr trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr wenigstens in seinem Inneren aus einer hitzebeständigen wärmeisolierenden Material geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit besteht und daß es sich nach unten wenigstens bis auf die Höhe der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish während des kontinuierlichen Giessens erstreckt.

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