DE2655865A1

DE2655865A1 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen von stahl

Info

Publication number: DE2655865A1
Application number: DE19762655865
Authority: DE
Inventors: John E Fogarty
Original assignee: Slater Steel Industries Ltd
Current assignee: Slater Steel Industries Ltd
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1976-12-09
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2351736A1; CA1036471A; GB1559521A; US4220191A; SE7611276L; IT1065528B; JPS52139624A

Description

KRAUS & WEJSERT

PATENTANWÄLTE 9^55865

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER . DR.-1NG. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE D - 8 MÜNCHEN 19 . FLUGGENSTRASSE 17 · TELEFON 089/1770 61 -TELEX O5-215145 ZEUS

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1381/2 WK/rm

Slater Steel Industries Limited, Hamilton / Kanada

Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl in eine Form mit offenem Boden. Die Erfindung betrifft auch ein für solche Verfahren geeignetes Stahladditiv. Die Erfindung ist insbesondere zum kontinuierlichen Gießen von Stahl anwendbar, der Aluminium enthält.

Aluminium wird üblicherweise Stahl in Mengen von bis zu 0,2090 zugesetzt, um die Fehlerfreiheit und die Vergütung der Stahlstruktur zu verbessern und hierdurch dem Stahl verbesserte mechanische Eigenschaften zu verleihen. Solche Zu-

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sätze erfolgen normalerweise, während sich der geschmolzene Stahl in einem Stahlherstellungsofen befindet oder während oder nach der Überführung des Stahls in eine Gießpfanne. Der Zusatz kann auch dann, wenn der geschmolzene Stahl in die Formen für die Blöcke gegossen wird, gerade vor der Endverfestigung der Stahlblöcke erfolgen.

Die festen Blöcke des aluminiumhaltigen Stahls werden sodann normalerweise zu Stahlbrammen, Vorblöcken t)der Strängen warmverformt (z.B. verwalzt oder geschmiedet), welche dann zu kleineren Stahlprofilen (Platten, Blechen, Stäben, Stangen etc.) oder zu Spezialstahlprofilen oder Teilen davon weiter heiß- oder kaltbearbeitet werden.

Bei einer relativ neuen Herstellungsweise von Brammen, Vorblöcken oder Strängen geht man so vor, daß man den geschmolzenen Stahl direkt in wassergekühlte Metallformen überführt, so daß direkt feste Brammen-, Vorblock- oder Strangformkörper erzeugt werden. Hierdurch werden die Stufen der Herstellung der Blöcke bzw. Rohblöcke umgangen.

Dieses kontinuierliche Gießverfahren wird nun derzeit überall in der Welt angewendet und es wird im allgemeinen als kontinuierliches Gießen oder Stranggießen bezeichnet. Im einfachsten Sinne umfaßt es die kontinuierliche Entnahme von Stahl vom Boden von offenbödigen wassergekühlten Formen, wie sich der Stahl verfestigt. Geschmolzener Stahl wird der Oberseite der Form gleichzeitig zugesetzt, um einen Ausgleich für die Entnahme zu schaffen. Anders ausgedrückt, wird, während der geschmolzene Stahl kontinuierlich in die Oberseite der Form eingegeben wird, das verfestigte Brammen-,

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Vorblock- oder Strangprofil kontinuierlich durch den offenen Boden der Form mit der gleichen Geschwindigkeit abgenommen .

Zum kontinuierlichen Gießen wird der Stahl aufgeschmolzen, bearbeitet und in der gleichen Weise in eine Gießpfanne überführt, wie es der Fall wäre, wenn der Stahl in Blockformen gegossen würde. Beim kontinuierlichen Gießen läuft jedoch der geschmolzene Stahl während seines Laufes zu den kontinuierlichen Gießformen durch einen Trog oder ein Zwischengefäß bzw. eine Zwischenpfanne. Dagegen strömt während des Blockformgießens der geschmolzene Stahl direkt von der Gießpfanne in die Blockformen. Das Zwischengefäß bzw. die Zwischenpfanne stellt ein Reservoir dar, dessen Zweck es ist, einen genau gerichteten kontrollierten spritzfreien Strom des geschmolzenen Metalls in die kontinuierliche Gießform zu fördern. Zu diesem Zweck ist das Zwischengefäß bzw. die Zwischenpfanne je nach der Anzahl der kontinuierlich gegossenen Stränge, die gleichzeitig gegossen werden sollen mit einer oder mit mehreren Düsen versehen.

Die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls in die wassergekühlten Formen kann durch die Verwendung von Stöpseln oder anderen Einrichtungen kontrolliert werden, die die Düsenöffnungen einengen. Der Strom kann beispielsweise dadurch abgebrochen und gestartet werden, daß man den Stöpselkopf über die Düsenöffnungen bringt und ihn sodann entfernt.

Es ist oftmals zweckmäßiger, keine Einrichtungen zur Begrenzung des Stroms des geschmolzenen Metalles durch die relativ großen Düsen zu verwenden, sondern vielmehr kleine-

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re Düsenöffnungen vorzusehen, die so dimensioniert sind, daß sie automatisch die erforderliche Fließgeschwindigkeit ergeben oder regeln. Diese kleineren Düsenöffnungen, die oftmals einen Durchmesser von weniger als 2,54 cm haben, können jedoch Strömungsprobleme begünstigen, wenn der Stahl Aluminium enthält. Aluminium in dem Stahl neigt nämlich dazu, feste Abscheidungen von seinen Verbindungen entlang der Düsenwand zu bilden. Die Dicke der Abscheidungen kann genügend hoch werden, daß die Größe der wirksamen Düsenöffnung signifikant vermindert wird, wodurch die erforderliche geregelte Fließgeschwindigkeit zunichte gemacht wird.

Um dieses Problem zu umgehen, und dabei aber doch die Vorteile sowohl von kleineren Dosierungsdüsen als auch von aluminiumhaltigen Stählen zu erzielen, erfolgt die Aluminiumzugabe zu dem geschmolzenen Stahl oftmals in Form eines mechanisch zugeführten Aluminiumdrahts, nachdem der Stahl aus der Düse des Zwischengefäßes bzw. der Zwischenpfanne während seines Falls in die kontinuierliche Gießform austritt.

Diese Methode der Zugabe von Aluminium zu kontinuierlich gegossenem Stahl kann jedoch in nachteiliger Weise die äußere Qualität der gegossenen Strangprofile beeinträchtigen, wie es nachstehend näher beschrieben werden wird.

Während des kontinuierlichen Gießens von geschmolzenem Stahl, dem kein Aluminium zugesetzt worden ist, setzen sich viele der im Stahl vorhandenen Metallelemente, z.B. Mangan, Silicium, Eisen etc., mit der Umgebung um, wodurch eine geschmol-

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zene Schlacke der Oxide dieser Elemente gebildet wird. Diese Substanz ist oftmals an der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der wassergekühlten Form der kontinuierlichen Gießvorrichtung vorhanden. Da jedoch diese Schlacke im allgemeinen sehr fließfähig ist und weil sie sich bei Temperaturen verfestigt, die mehrere Hundert ⁰C unterhalb derjenigen des geschmolzenen Stahls liegen, wird sie in harmloser Weise zwischen die Wand der wassergekühlten Form und die Oberfläche des sich verfestigenden Profils, das gegossen wird, hineingewaschen. Ein dünner Film dieser Substanz wird an die Oberfläche der verfestigten kontinuierlich gegossenen Stahlstränge angeheftet. Er hat jedoch auf die Oberflächenqualität der verfestigten Stahlstränge nur einen minimalen Einfluß.

Wenn jedoch Aluminium zu dem geschmolzenen Stahl, wenn er aus der Düse des Zwischengefäßes bzw. der Zwischenpfanne austritt und bevor er in die wassergekühlte Form eintritt, zugesetzt wird, dann wird hierdurch die sehr fließfähige Schlacke auf dem geschmolzenen Stahl in eine viskose klumpige Substanz umgewandelt, die dementsprechend dazu neigt, sich zwischen der wassergekühlten Form und der Strangoberfläche abzuscheiden. Dies bewirkt die Bildung von nicht gleichförmigen Stahloberflächen, die Taschen dieser schlakkenartigen Fremdsubstanz enthalten, die, bevor der Stahl weiterverarbeitet werden kann, glatt geschliffen oder auf sonstige Weise behandelt werden müssen. Diese Notwendigkeit erhöht jedoch die Herstellungskosten von Hochqualitätsstahlprodukten sehr stark.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Neigung des Aluminiums, die Viskosität der Schlacke auf geschmolzenem Stahl in wassergekühlten Formen zu vermindern und hierdurch die Fehler der äußeren Stahlqualität, die durch die Zugabe von Aluminium entstehen, zu mindern.

Durch die Erfindung wird daher ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl in einer offenbödigen Form zur Verfügung gestellt, bei dem man zu dem geschmolzenen Stahl, wenn letzterer aus der Form austritt, Aluminium zusetzt und bei dem man ein Flußmittel _s z.B. Manganoxid, Siliciumoxid oder ein anderes Metalloxid, zu dem geschmolzenen Stahl zusetzt, wenn letzterer in die Form eintritt, um die nachteiligen Eigenschaften des gegossenen Stahls zu mildern, die von der Schlacke in der Form herrühren.

Verschiedene andere Metalloxide, als von Aluminium, neigen dazu, ein Flußmittel zu bilden. Jedoch werden die Oxide von Mangan,Silicium, Bor und Natrium,z.B.Mn₅O^,SiO₂,B₂O, und Na₃O zur Durchführung vorliegender Erfindung aufgrund ihrer relativ niedrigen Kosten, ihrer guten Verfügbarkeit und ihrer Wirksamkeit, um viskose Schlacken mit hohem Aluminiumoxidgehalt fließfähig zu machen, bevorzugt. Gegebenenfalls kann auch MnO₂ verwendet werden.

Es wurde gefunden, daß das Fließmittel die viskose Schlacke fließfähig macht, die sich bildet, wenn Aluminium in den Schmelzstrom eingeführt wird. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß diese viskose Schlacke sehr fließfähig wird, daß sie aber bei Verwendung einiger Flußmittel dazu neigen kann, in Flecken auf dem geschmolzenen ^tahl, wie Öl auf Wasser, zu schwimmen. Es wurde weiterhin festgestellt, daß

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die Häufigkeit von Defekten des Strangs sogar noch weiter vermindert werden kann, wenn man solche Flecken der fließfähigen Schlacke durch die weitere Zugabe eines glasartigen Gemisches, welches Siliciumoxid und Natriumoxid enthält, vermindert oder sogar vermeidet.

Das Flußmittel kann durch jedes beliebige System zugeführt werden, das eine ausreichend gleichförmige Zuführungsgeschwindigkeit des Flußmittels in den Stahl³ ergibt. Wegen der Ansammlung der Einrichtungen und des begrenzten Raums, der um eine Gießvorrichtung herum verfügbar ist, wird es jedoch bevorzugt, das Flußmittel als einen Überzug auf dem Aluminiumdraht zuzusetzen. Somit wird erfindungsgemäß weiterhin ein Stahladditiv zum kontinuierlichen Gießen von Stahl in einer offenbödigen Form zur Verfugung gestellt, das Aluminium enthält, welches mit einem Flußmittel versehen, z.B. überzogen ist, das die nachteiligen Oberflächeneigenschaften des gegossenen Stahles, die von der Schlacke in der Form herrühren, vermindert. Es wurde gefunden, daß die Verwendung von Metalloxid-Flußmitteln, z.B. der Oxide von Mangan, Silicium, Bor und Natrium, die Fließfähigkeit der Formschlacke aufrechterhält und die Bildung von glatten Oberflächen der festen Stahlstränge fördert, bei denen kein Abschleifen erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist es daher möglich, kontinuierlich gegossene Stahlstränge zur Verfügung zu stellen, welche Aluminium in typischen Mengen für Stahl, der in Blockformen gegossen worden ist, enthalten, und die verhältnismäßig frei von den nachteiligen Eigenschaften der äußeren Qualität sind, welche bei der gewöhnlichen Aluminiumzugabe auftreten. Die erfindungsgemäß erhaltenen gegossenen Stahlstränge haben aber die inneren

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Vorteile, die für aluminiumbehandelten Stahl typisch sind.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine diagrammartige Seitenansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Stahl und

Fig. 2 eine diagrammartige Seitenansicht e^ner Vorrichtung zum Bilden eines Überzugs auf einem Aluminiumdraht.

Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung besitzt ein Zwischengefäß bzw. eine Zwischenpfanne 10, um einen Strom des geschmolzenen Stahls in die Oberseite einer offenbödigen Formzusammenstellung 11 vorzusehen, welche unterhalb des Zwischengefäßes bzw. der Zwischenpfanne angeordnet ist.

Die offenbödige Formzusammenstellung 11 erstreckt sich nach unten an einem Boden 12 vorbei, oberhalb dessen eine Zuführungsanordnung 14 für einen Aluminiucidraht angeordnet ist.

Die Zuführungsanordnung 14 für den Aluminiumdraht enthält eine Zuführungsrolle 15, die eine Spule von Aluminiumdraht 16 häl·^ und ein Drahtführungsrohr 17, um den Aluminiumaraht 16 entlang eines nach unten geneigten Weges zu dem offenen oberen Ende der offenbödigen Formz-usammenstellung 11 zu führen.

Zur Zuführung des Aluminiumdrahts 16 von der Zuführungsrolle 15 sind gerändelte Antriebsräder 19 an entgegengesetzten Seiten des Laufweges des Aluminiumdrahtes 16 vorge-

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sehen, um mit diesem einzugreifen und letzteren fortzubewegen. Die gerändelten Antriebsräder 19 werden durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben, der in einem Gehäuse 20 an der Unterseite der Kontrolleinheit 21 angeordnet ist. Diese ist durch eine Bedienungsperson manuell einstellbar, um die Vorschubgeschwindigkeit des Aluminiumdrahts 16 in Richtung auf die offenbödige Formzusammenstellung zu regeln.

Die oben beschriebene Anordnung für die Zuführung des Drahts ist herkömmlicher Natur und bedarf daher keiner näheren Erläuterung .

Jedoch ist gemäß der Erfindung der Aluminiumdraht 16 mit einem überzug eines Flußmittels versehen, das nachstehend näher beschrieben wird.

Dieser Überzug des Flußmittels wird auf den Aluminiumdraht mittels einer Drahtbeschichtungsvorrichtung aufgebracht, die in Figur 2 gezeigt ist.

Diese Vorrichtung besitzt eine Zuführungsrolle 25 zur Aufnahme einer Zuführungsmenge von unbeschichtetem Aluminiumdraht .

DasFlußmittel, das auf den Aluminiumdraht 16 aufgebracht werden soll, wird mit einem heißen flüssigen Leim oder Bindemittel vermischt und das Gemisch wird in einem Behälter oder Fließmitteltopf 26 mit offener Oberseite aufbewahrt. Der Behälter bzw. der Topf ist mit einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung 27 versehen.

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Die Energiezuführung der Heizeinrichtung 27 wird mittels eines Thermostats 28 thermostatisch kontrolliert. Dieser fühlt die Temperatur des Gemisches in dem Flußmitteltopf 26 ab. Er kann so voreingestellt werden, daß die Heizeinrichtung 27 abgeschaltet wird, wenn die Temperatur des Gemisches einen vorgewählten Wert erreicht. Eine Führungsrolle 29 ist vorgesehen, um den Aluminiumdraht von der Zuführungsrolle 25 zu einem weiteren Führungselement 30 in dem Flußmitteltopf 26 zu leiten.

Von dem Führungselement 30 wird der Aluminiumdraht nach oben durch eine Öffnungsplatte bzw. Blende 32 und eine Abkühlungskammer 33 zu einer Decken-Führungsrolle 34 geleitet.

Die Blende bzw. Öffnungsplatte 32 bestimmt die Dicke des Überzugs des Gemisches auf dem Aluminiumdraht 16. Die Abkühlungskammer 33 kühlt und verfestigt den Überzug, wie der Aluminiumdraht 16 nach oben zu der Führungsrolle 34 läuft.

Von der Führungsrolle 34 läuft der beschichtete Aluminiumdraht nach unten und über die Führungsrollen 35 und 36 zu einer Drahtauf Wicklungsvorrichtung, die allgemein durch das Bezugszeichen 37 angegeben wird* In dieser wird der Draht in Form einer Spule auf einer Abnahmerolle gelagert.

Wie bereits oben erwähnt wurde, hat es sich gezeigt, daß die Zugabe eines Flußmittels zusammen mit dem Aluminium zu einer Form mit offener Oberseite während des kontinuierlichen Gießvorgangs die äußeren Defekte auf dem gegossenen Stahl vermindert.

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Λ*

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In der folgenden Tabelle sind Werte zusammengestellt, die die Innenfehler von herkömmlich gegossenem Stahl, der nicht mit Aluminium behandelt worden ist, quantitativ zum Ausdruck bringen. Die Tabelle enthält auch die entsprechenden Ergebnisse, die mit kontinuierlich gegossenem Stahl erhalten worden sind, der einfache Aluminiumzugaben enthält. Die Tabelle enthält schließlich auch die Werte für kontinuierlich gegossenen Stahl, dem während des Gießprozesses der erfindungsgemäße beschichtete Aluminiumdraht zugesetzt worden ist. Die Tabelle zeigt insbesondere die Wirksamkeit des beschichteten Aluminiumdrahts, um den nachteiligen Einfluß auf die Oberflächenqualität auszuschalten, der durch einfache Aluminiumzugaben bewirkt wird, wobei die innere Fehlerfreiheit aufrechterhalten wird, die bei der Zugabe von Aluminium zu dem Stahl erhalten wird«

Tabelle

Oberflächen- Innenqualität*** qualität Makro- Lun- Gas-Flecken von ein- ker blasen Schlacke Schlüsse große* kleine** der

Schlacke

ohne Aluminiumbehand lung	0	0	26	2	10
einfach mit Aluminium behandelt	3	4	5	0	1
mit überzogenem Alu minium behandelt	1	1	6	0	1

Anzahl von Schlackeflecken mit großer Oberfläche pro 5,2 m Länge der Strangoberfläche

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** Anzahl von Schlackenflecken mit kleiner Oberfläche, gezählt auf 15,2 cm langen Labor-Strangproben

*** Anzahl der Defekte durch eine Mittelebene einer 15,2 cm langen, 10,2 cm breiten Mittellängsseite des Strangs plus Anzahl der Defekte auf der angrenzenden 7,6 cm langen, 10,2 cm breiten Querseite des Stranges.

Unter Verwendung von mit Manganoxid beschichtetem Aluminiumdraht wurden annehmbare Ergebnisse mit einem Draht erhalten, der 6 bis 15% Manganoxid und 94 bis 85% Aluminium enthielt. Der Draht enthält vorzugsweise mindestens 8% Manganoxid. Gute Ergebnisse sind mit einem Draht erhalten worden, der 11% Manganoxid und 89% Aluminium enthielt. Ähnliche Ergebnisse sind auch mit Drahtüberzügen aus 10% Bor-/Natriumoxid (Borax), 3% Borax plus 7% glasartiges Silicium-/Natriumoxid und 3% Borax plus 3% glasartiges Silicium-/Natriumoxid plus 4% Manganoxid erhalten worden.

In der Praxis sind zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 0,24 cm, der mit einer Schicht aus Manganoxid mit einer Dicke von 0,08 cm überzogen war, erhalten worden. Dieser Draht wurde dem geschmolzenen Stahl in einer Menge von ungefähr 30,5 m Draht pro t gegossener Stahl zugeführt. Der auf diese Weise erzeugte, mit Aluminiumdraht behandelte Stahl hat einen normalen Aluminiumgehalt von 0,02 bis 0,04%.

Das Gewicht des Leimes oder des Bindemittels, das verwendet wird, um eine Adhäsion zwischen dem Flußmittel und dem Aluminium zu erhalten, ist in den obigen Prozentangaben nicht enthalten, geht aber normalerweise an dasjenige des Flußmittels heran.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl in eine offenbödige Form, dadurch gekennzeichnet, daß man Aluminium zu dem geschmolzenen Stahl zusetzt, wenn letzterer in die Form eintritt, und daß man auch ein Flußmittel zu dem geschmolzenen Stahl zugibt, wenn letzterer in die Form eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel ein Metalloxid umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Metalloxid Manganoxid umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Metalloxid Siliciumoxid umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Boroxid umfaßt.

6.. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Natriumoxid umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man das Flußmittel und das Aluminium in den geschmolzenen Stahl in Form eines Aluminiumdrahts einführt, der mit dem Flußmittel überzogen ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Flußmittel und das Aluminium in den geschmolzenen Stahl in Form eines Aluminiumdrahts einführt, der mit dem Flußmittel überzogen ist, wobei der beschichtete Draht 6 bis Λ5% Manganoxid und 94 bis 85% Aluminium ausschließlich eines Bindemittels für das Flußmittel enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Siliciumoxid und Natriumoxid zu dem geschmolzenen Stahl gibt.

10. Stahladditiv zur Verwendung beim kontinuierlichen Gießen von Stahl in einer offenbödigen Form, dadurch gekennzeichnet , daß es Aluminium und ein Flußmittel enthält.

11. Stahladditiv nach Anspruch 10, dadurch g e k en η zeichnet , daß das Flußmittel ein Metalloxid umfaßt.

12. Stahladditiv nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Metalloxid Manganoxid umfaßt.

13. Stahladditiv nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Metalloxid Siliciumoxid umfaßt.

14. Stahladditiv nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Metalloxid Boroxid umfaßt.

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15. Stahladditiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Natriumoxid umfaßt.

16. Stahladditiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium ein Aluminiumdraht
ist, der mit dem Flußmittel "beschichtet ist.

17. Stahladditiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium ein Aluminiumdraht ist, der mit dem Flußmittel beschichtet ist, und daß das Additiv 6 bis Λ5% Manganoxid und 94 bis 85% Aluminium ausgenommen
eines Bindemittels für das Flußmittel enthält.

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