DE2655602B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bloecken - Google Patents

Description

nen im Bereich der flüssigen Schlacke, die weiterhin auf hoher Temperatur gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch durchführbar, ohne den flüssigen Stahl bis in den Aufsatz nachzugießen, und zwar mit einem auf die Kokille aufsetzbaren Aufsatz, der einen ringförmigen bis unter den Spiegel des in die Kokille gegossenen Stahles reichenden Fortsatz mit vorzugsweise konischem Profil aufweist

Bei Ausbildung des Fortsatzes mit konischem Profil weist die der Kokilleninnenwand zugewandte Kegelfläche des Fortsatzes vorteilhaft eine Neigung tg α auf, die

mindestens -γϊτ beträgt, wobei £>&,* den Durchmesser der Kokille und iidie Blockhöhe bedeutet

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch vorteilhaft durchführbar mit einer Vorrichtung, die einen am Kokillenrand mittels lösbarer Verbindungsmittel zu befestigenden Aufsatz aufweist Die Verbindungsmittel können als Kurbeltriebe ausgebildet sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß, sobald die Blockschale genügend stark ist, die lösbaren Verbindungen gelöst werden können, worauf der Aufsatz von der Blockschale getragen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine Vorrichtung angewendet werden, mit welcher nach dem Eingießen des flüssigen Stahles in die Kokille der Aufsatz bis zum Eintauchen in den flüssigen Stahl abgesenkt und so lange gehalten wird, bis eine den Aufsatz tragende Blockschale gebildet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung besteht darin, daß am Aufsatz Verankerungsglieder, wie Zuganker od. dgl, befestigt sind, deren vorzugsweise hammerkopfförmig ausgebildetes Ende unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht

Schließlich kann auch ein Aufsatz verwendet werden, der aus einer Metallform besteht, die mit ihrem unteren Rand in den flüssigen Stahl reicht Die Metallform kann teilweise feuerfest ausgekleidet sein. Bei Verwendung einer solchen Vorrichtung erfolgt die Kühlung an der eintauchenden Ringfläche durch das Wärmeschluckvermögen der Metallform.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichung zu seiner Durchführung sind in der Zeichnung näher erläutert Hierin zeigen die Fig. 1 bis 5 verschiedene Modifikationen der Vorrichtung jeweils im Vertikalschnitt

In F i g. 1 ist auf eine Bodenplatte 1 die Stahlwerkskokille 2 aufgesetzt auf deren oberer öffnung ein wassergekühlter Aufsatz 3 aufgesetzt ist Die Kokille wird mit flüssigem Stahl 4 gefüllt und weiteren Stahl wird nachgegossen, bis der Spiegel 5 des Stahles im Bereich der gekühlten Innenwände des Aufsatzes 3, also ein kurzes Stück oberhalb der Kokillenöffnung 6, sich befindet Dann wird vorbereitete flüssige Schlacke 7 in den Aufsatz eingebracht und eine Elektrode 8, die an eine Stromquelle 9 angeschlossen ist, in das Schlackenbad eingetaucht Die Beheizung der Schlacke erfolgt durch Widerstandserwärmung. An der Berührungsfläche der Randzone des Stahles mit den gekühlten Innenwänden des Aufsatzes 3, welche Berührungsfläche sich entlang der Punkte A-B erstreckt erfolgt eine intensive Kühlung. Der Block schrumpft, und die zwischen A und B gekühlte Blockschale verlagert sich durch das Schrumpfen nach A' und B'. In den entstehenden Ringspalt dringt Schlacke ein; sie erstarrt jedoch am Eingang des Spaltes und bildet eine Dichtung 10 für nachfließende Schlacke. Die Schlackenbadhöhe im Aufsatz 3 wird durch diese Propfenbildung nicht beeinflußt, und die elektrotechnischen Bedingungen für die Bildung Joulescher Wärme bleiben unbeeinflußt So können die erforderliche Energiezufuhr und die davon abhängigen metallurgischen Wirkungen über lange Zeiträume konstant aufrechterhalten werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 wird ein gekühlter Aufsatz 3 auf die Kokille 2 gesetzt, der einen nach unten reichenden ringförmigen Fortsatz 11 ίο aufweist, welcher nach Füllen der Kokille mit Stahl unter den Stahlspiegel reicht. Dieser ringförmiger Fortsatz ist konisch ausgebildet, wobei die Kegelfläche

12 zweckmäßig eine bestimmte Neigung besitzt Die Kegelfläche 12 des Ringes 11 schließt gegenüber der Vertikalen einen Winkel α ein, der sich aus der Blockhöhe und dem oberen Blockdurchmesser ergibt. Der Tangens dieses Winkel α soll vorteilhafterweise

mindestens -^ff betragen.

Nach dem Aufsetzen des Aufsatzes 3 auf den oberen Rand der Kokille 2 wird diese mit flüssigem Stahl gefüllt, so daß der Fortsatz 11 in die Randzone des flüssigen Stahles eintaucht.

Zunächst erfolgt die Abkühlung längs der Linie A-C.

Durch die Schrumpfung während der Blockerstarrung ändert die äußere Zone des Blockkopfes ihre Lage. Der Punkt C verlagert sich nach vollständigem Festwerden schräg nach unten bis C Bei der Erstarrung wandert die äußere Kopfzone des Blockes, die durch den Punkt C veranschaulicht ist, immer nahe der Kegelfläche des gekühlten Aufsatzes, d. h. zwischen der sich verkleinernden Blockschale und der Kegelfläche 12, so daß kein breiter werdender Spalt entsteht. In den schmalen Spalt

13 fließt Schlacke ein, erstarrt und bildet einen Dichtungspropfen 10.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist auf die obere öffnung der Kokille ein gekühlter Aufsatz 14 gesetzt, bei dem wieder ein nach unten ragender ringförmiger Fortsatz 15 vorgesehen ist, der nach Füllen der Kokille unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform wird der Aufsatz mittels lösbarer Verbindungen, die als Kurbeltriebe 16 ausgebildet sein können, am Kokillenrand befestigt.
Der in F i g. 3 dargestellte Aufsatz 14 kann auch nach dem Eingießen des flüssigen Stahles in die Kokille 2 mittels einer Einrichtung bis zum Eintauchen in den flüssigen Stahl abgesenkt und gehalten werden.

Sobald die Blockschale 17 genügend stark ist werden die Verbindungen 16 gelöst, so daß der Aufsatz 14 von der Blockschale selbst getragen wird und dadurch automatisch die Höhenverminderung des erstarrenden Blockes beim Schrumpfen mitmacht Dadurch ist gegebenenfalls nur die Bildung eines geringen Spaltes zwischen Gußblock und Blockaufsatz möglich, wobei auch eine Anpressung desselben durch Gewichte oder Vorrichtungen erfolgen kann. Im übrigen ist die Funktion die gleiche wie bei der Ausführungsform nach F i g. 2, d. h., kurz nach Bildung der Blockschale wird der entstehende Spalt zwischen den Ringflächen des Aufsatzes und der zurückweichenden Blockkopffläche durch einen Schlackenpropf en gedichtet

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 wird ebenfalls ein Aufsatz 14 verwendet, der mit lösbaren Verbindungsmitteln 16 an der Kokille 2 befestigt ist oder von einer Einrichtung gehalten wird und der einen ringförmigen Fortsatz 15 aufweist, der nach Füllen der Kokille 2 oder Absenken des Aufsatzes 14 unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform ist der

Aufsatz 14 mit einem gelenkigen Zuganker 18 verbunden, dessen unterer Teil 19 hammerkopfförmig ausgebildet ist Dieser Teil reicht bis unter den Stahlspiegel und wird, sobald die Strangschale 17 erstarrt ist, in dieser verankert. Dann werden die Verbindungsmittel 16 gelöst. Die gekühlte aufsatzförmige Vorrichtung 14 wird somit von der Strangschale 17 getragen und macht die Verlagerungen des Blockkopfes beim Schwinden mit. Die Bildung der Dichtung erfolgt auch bei dieser Ausführungsform in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach F i g. 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig.5 wird ein Aufsatz verwendet, der bis zur Erreichung einer genügenden Tragfähigkeit der Blockschale 17 durch lösbare Verbindungsmittel 16 an der Kokille befestigbar ist. Der Aufsatz besteht aus einer Metallform 20, welche an ihrer Innenseite mit feuerfesten Materialien 21 ausgekleidet ist Diese Auskleidung wirkt wärmeisolierend und ist gegen den chemischen Angriff der Schlacke zumindest für die Zeit der Blockerstarrung so weit beständig, daß ein vollkommenes Auflösen derselben und damit eine Beschädigung der Metallform durch die heiße Schlacke vermieden wird. Die Kokille wird so weit gefüllt, daß der untere Teil des ringförmigen Einsatzes in den flüssigen Stahl reicht An der eintauchenden Ringfläche der Metallform 20 entsteht durch deren Wärmeschluckvermögen eine Verdickung der Blockschale 17. Nach Erreichung einer genügenden Tragfähigkeit der Blockschale werden die Verbindungen 16 zur Kokille 2 gelöst, so daß der Aufsatz ohne Behinderung eine Verkleinerung der Blockhöhe während der Blockerstarrung mitmacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Anwendungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Mit einer Einrichtung, wie in F i g. 1 dargestellt, wurde ein 19,5-t-Schmiedeblock hergestellt. Die Kokille war polygonal ausgeführt und hatte an ihrem oberen Ende einen minimalen Innendurchmesser des Polygons von 1305 mm und einen maximalen Innendurchmesser von 1455 mm.

Der Block wurde steigend vergossen. Nach dem Füllen der Stahlwerkskokille wurde noch Stahl nachgegossen, bis der Stahlspiegel 100 mm in den Bereich der gekühlten Aufsatzwände gestiegen war. Dadurch ergab sich (wegen der Polygonalausführung der Kokille) ein gekühlter Kreisring mit einer maximalen Dicke von 370 mm und einer minimalen Dicke von 290 mm, der einen mittleren Durchmesser von 1100 mm aufwies. Flüssige Schlacke wurde in den Kokillenaufsatz eingebracht Die Schlackenbadhöhe betrug 18 cm. Die Energiezufuhr zu dem Schlackenbad mit mehr als 120 kWh/t wurde für einen Zeitraum von 11 Stunden aufrechterhalten.

Der gekühlte Aufsatz wurde sodann abgenommen, und es wurde festgestellt, daß der Durchmesser des Blockes sich während der Erstarrung um 48 mm verkleinert hatte; die Höhe war, verglichen mit der Kokille, um 67 mm geringer. Die gekühlte Fläche entlang A-B des Aufsatzes bzw. die Kühlung vor dem Abheben des Blockes auf der Fläche entlang A-B verhinderte ein Einlaufen der Schlacke in den Spalt zwischen Kokille und Blockschale.

Beispiel 2

Mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung wurde ein 43-t-Block erzeugt. Die ringförmige Kegelfläche des Fortsatzes hatte zur vertikalen Blockachse eine Neigung α von etwa 22°. Der obere Durchmesser der Polygonalkokille betrug maximal 1960 mm und minimal 1725 mm; die Höhe 2400 mm. In Schlackenbadhöhe hatte der gekühlte Aufsatz einen Durchmesser von 1360 mm; die Gesamthöhe betrug 800 mm. Der Block wurde aus entgastem Stahl steigend so hoch in die Kokille gegossen, daß die gesamte Kokille gefüllt war und die ringförmige Kegelfläche des Fortsatzes in den

ίο flüssigen Stahl hineinragte. Schlacke wurde in den gekühlten Aufsatz eingebracht und mittels einer Elektrode und Energiezufuhr auf einer Temperatur über dem Liquiduspunkt des Stahlbades gehalten. Der Heizprozeß wurde 23 Stunden lang aufrechterhalten; anschließend wurde die Schlacke ausgebracht und der gekühlten Aufsatz abgehoben. Es zeigte sich, daß der obere Blockrand (Punkt C'in F i g. 2) 85 mm gegenüber der Kokillenhöhe abnahm und daß der Durchmesser sich um 68 mm vermindert hatte. Es wurde kein Eintritt der Schlacke in den Spalt zwischen Kokille und Blockschale beobachtet.

Beispiel 3

Auf eine Kokille wurde ein gekühlter Aufsatz, wie in Fig.3 dargestellt, aufgesetzt Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Schlackenbadhöhe 1300 mm, die Gesamthöhe des Aufsatzes betrug 800 mm. Die für die Herstellung von Blöcken mit 431 ausreichende Kokille war polygonal gestaltet Sie wies am oberen Ende einen maximalen Durchmesser von 1960 mm und einen minimalen Durchmesser von 1725 mm auf. Die Aufstellung erfolgte mit dem größeren Durchmesser nach oben. Die Gesamthöhe der Kokille betrug 2400 mm. Der Stahl wurde eingegossen, bis der Stahlspiegel die gesamte, der Bodenplatte zugewendete schräge Fläche des Aufsatzes berührte. In den gekühlten Aufsatz wurde Schlacke eingebracht und der Schlacke elektrische Energie während 23 Stunden zugeführt. Nach 45 Minuten wurde die Verbindung Aufsatz-Kokille gelöst, so daß der gekühlte Aufsatz von der erstarrten Blockschale allein getragen wurde. Während der Erstarrung nahm der Block gegenüber der Kokille um 83 mm ab; ein Eintritt von Schlacke zwischen Kokille und Blockschale fand nicht statt

Beispiel 4

Auf einer Kokille für den Abguß von 85-t-Blöcken wurde, wie in F i g. 4 dargestellt, ein Aufsatz befestigt, welcher zur Verbindung mit dem Block lösbare bewegliche Teile aufwies, die an ihrem unteren Ende hammerkopfähnlich gestaltet waren. Der maximale Durchmesser der polygonalen Kokille am oberen Ende betrug 2350 mm und der minimale Durchmesser 2100 mm. Die Füllhöhe der Kokille war 2800 mm. Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Höhe des Schlackenspiegels 1420 mm; die gesamte Höhe des Aufsatzes war 900 mm. Der Block wurde aus einer entgasten Schmelze bis zu jener Höhe gegossen, die ein vollkommenes Eintauchen der gegen die Basisplatte gerichteten, schräg nach unten weisenden Fläche des Aufsatzes gewährleistete. Dabei tauchten auch die hammerkopf förmigen Teile etwa 60 mm in das Stahlbad ein. Nach dem Gießen des Blockes wurde Schlacke in den gekühlten Aufsatz eingebracht und die Schlacke durch Zufuhr von elektrischer Energie auf Temperaturen über dem Liquiduspunkt des Stahles gehalten. Die Elektrode wies eine Länge von 2500 mm auf; es mußte

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ein Elektrodenwechsel vorgenommen werden. Nach Behandlung des Blockes unter Energiezufuhr wurde die einer Zeit von 60 Minuten nach Ende des Blockgusses Elektrode ausgefahren und die Schlacke ausgetragen, wurden die Verbindungen, welche den gekühlten Hierauf wurden die Zuganker gelöst und der gekühlte Aufsatz auf der Kokille abstützten, gelöst, so daß der Aufsatz abgehoben. Bei der Herstellung eines Blockes Aufsatz allein von der mittlerweile entstandenen 5 mit dieser Vorrichtung wurde während der Blockerstar-Blockschale getragen wurde. Mittels Zuganker wurde rung eine Durchmesserverminderung von 75 mm und zwischen den in den Block eingegossenen hammerkopf- eine Höhenverminderung des Blockes von 94 mm förmigen Teilen und dem Kokillenaufsatz eine Spsn- beobachtet, ohne daß Schlacke in den Ringspalt nung von 3000 kp eingestellt. Nach 38stündiger zwischen Kokillenwand und Blockschale eindrang.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in eine Kokille flüssiger Stahl eingegossen, anschließend auf diesen eine Schlakkenmischung aufgebracht und dieser Schlackenmischung während der Erstarrung des Stahles in der Kokille Energie zugeführt wird, die vorteilhaft mindestens 12OkWh je Tonne Blockgewicht entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, an die Schlacke angrenzende Randzone des flüssigen Stahles gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines auf die Kokille aufsetzbaren Aufsatzes mit gekühlten Seitenwänden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach Füllen der Kokille bis in den Bereich der gekühlten Wände des Aufsatzes gegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Aufsatzes, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Füllen der Kokille der Aufsatz bis zum Eintauchen seiner Wände in den flüssigen Stahl abgesenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz nach erfolgtem Guß in den flüssigen Stahl eingetaucht und gehalten wird, bis der Aufsatz von der Blockschale getragen wird, und daß danach der Aufsatz vorzugsweise zusätzlich gegen den Block gedrückt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem auf die Kokille aufsetzbaren Aufsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (3,14) einen ringförmigen bis unter den Spiegel des in die Kokille (2) gegossenen Stahles reichenden Fortsatz (11, 15) mit vorzugsweise konischem Profil aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (12) des Fortsatzes (11) gegenüber der Vertikalen eine Neigung tg«

aufweist, die mindestens -^g- beträgt, wobei D_Kok

in

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den Innendurchmesser der Kokille und H die Blockhöhe bedeutet

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (14) mittels lösbarer, vorteilhaft als Kurbeltriebe ausgebildeter Verbindungsmittel (16) am Kokillenrand befestigt ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufsatz (14) Verankerungsglieder, wie Zuganker od. dgl., befestigt sind, deren Vorzugsweise hammerkopfförmig ausgebildetes Ende (19) unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht, wobei nach Erstarren der Blockschale und Lösen der Verbindungsmittel (16) der Aufsatz (14) von der Blockschale getragen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (14) aus einer Metallform (20) besteht, die über einen Teil ihrer Innenseite feuerfest ausgekleidet ist

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in bekannter Weise (DT-AS 1812102) in eine Kokille zuerst flüssiger Stahl eingegossen, anschließend auf diesen eine Schlackenmischung aufgebracht und dieser Schlackenmischung während der Erstarrung des Stahles in der Kokille Energie zugeführt wird, die vorteilhaft mindestens 12OkWh je Tonne Blockgewicht entspricht. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann eine Vorrichtung verwendet werden, bei der ein Aufsatz mit gekühlten Wänden, die schräg ausgebildet sein können, auf die Mündung der Kokille aufgesetzt wird.

Bei der Erzeugung größerer Blöcke mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann es insofern zu Schwierigkeiten kommen, als die notwendige hohe Energiezufuhr zur Schlacke nicht während der ganzen Erstarrungszeit beibehalten werden kann. Während der Erstarrung des Stahles und der Abkühlung der erstarrten Außenschale kommt es zu einer Schrumpfung des Blockes, wobei sich der Blockdurchmesser verringert. Dadurch bildet sich zwischen der Wand der Kokille und der bereits erstarrten festen Schale des Blockes ein Spalt, in weichen die flüssige Schlacke aus dem Aufsatz einfließt Als Folge davon verringert sich die Höhe des im Aufsatz zurückbleibenden Schlackenbades und somit der für die Freisetzung von Joulescher Wärme verfügbare elektrische Widerstand; es wird weniger Joulesche Wärme entwickelt, und es kann zu einem unruhigen Verfahrensablauf kommen, was zu einer Lunkerbildung im Blockkopf und zu einer Blockseigerung führt

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Dichtung bzw. ein Hindernis zu schaffen, durch welches flüssige Arbeitsschlacke aus dem Kokillenaufsatz in den bei Blockschrumpfung entstehenden Spalt zwischen Kokillenwand und Blockschale nicht eindringen kann.

Die Schlackenbadhöhe im Kokillenaufsatz und die elektrotechnischen Widerstandswerte der Arbeitsschlacke sollen im wesentlichen konstant gehalten werden. Da sich bei Gußblöcken während der Erstarrung nicht nur ihr Durchmesser verringert, sondern auch in vertikaler Richtung eine Verkürzung stattfindet, ergibt sich ein spezielles, durch die Erfindung zu lösendes Problem.

Die Erfindung, mit der dieses Problem gelöst wird, besteht bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art darin, daß die obere, an die Schlacke angrenzende Randzone des flüssigen Stahles gekühlt wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Stahl nach Füllen der Kokille in den Aufsatz nachgegossen werden, so daß sich der Stahlspiegel im Bereich gekühlter Wände des Aufsatzes, d. h. auf einem Niveau etwas oberhalb der Kokillenöffnung, befindet Dabei erstarrt die Randzone des Stahles an der Berührungsfläche mit den gekühlten Seitenwänden des Aufsatzes sofort Wenn nun bei der Kontraktion des erstarrenden Blockes sich ein Spalt zwischen der Blockschale und den Seitenwänden des Aufsatzes bildet erstarrt die eindringende Schlacke und bildet einen Dichtungspropfen am Eingang des Spaltes, durch den weitere Schlacke nicht nachfließen kann. Der so entstandene ringförmige Dichtungspropfen behindert in keiner Weise den Ablauf der metallurgischen Reaktio-