DE2702267A1

DE2702267A1 - Stranggussverfahren sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nach dem verfahren hergestellter gussrohling

Info

Publication number: DE2702267A1
Application number: DE19772702267
Authority: DE
Inventors: Michel Mola
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1976-01-20
Filing date: 1977-01-20
Publication date: 1977-07-21
Also published as: GB1575466A; JPS5288541A; LU76605A1; US4137961A; FR2338756B1; FR2338756A1; DE2702267C2

Description

T arwelte Dipl.-1 ng. Curt Wallach D i ρ I.-1 η g. 6 ü n2ffel^2c&& • Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2702267 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 20. Januar 1977

Unser Zeichen: I5 jßO - Fk/Ne

Societe en nom collectif dite: CREUSOT-LOIRE VALLOUREC

Paris / Frankreich

Stranggußverfahren sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellter Gußrohling

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stranggußverfahren zum Gießen von massiven Rohlingen oder Barren, insbesondere aus Stahl oder aus Metallen mit entsprechenden Eigenschaften. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie auf Rohlinge oder Barren, die nach diesem Verfahren hergestellt sind.

Es ist bekannt, daß es zur Herstellung von Stahl-Stranggußrohlingen, die eine hohe Qualität sowohl im Bereich des Mittelteils oder des Kerns des Rohlings als auch im äußeren Bereich oder im Mantel aufweisen, empfehlenswert ist,das Stranggießen entlang einer im wesentlichen vertikalen Achse bei Indrehungversetzen des flüssigen gegossenen Metalls um diese Achse durchzuführen.

Es wurde daher eine Technik entwickelt, die darin besteht, die Drehung des flüssigen Metalls dadurch zu erreichen, daß

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die Kokille um die vertikale Achse gedreht wird, wodurch gleichzeitig die Drehung des Barrens oder des Rohlings hervorgerufen wird, der unterhalb der Kokille abgezogen wird.

Dieses Verfahren ist hinsichtlich der Qualität der gegossenen Rohlinge vollständig befriedigend, da diese Rohlinge direkt in Bohr- und Walzanlagen zur Herstellung von nahtlosen Rohren mit hoher Qualität verwendet werden können, wie sie beispielsweise in der Erdöl- und erdölverarbeitenden Industrie benötigt werden.

Es wurde weiterhin bereits eine Stranggußtechnik entwickelt, bei der die Kokille still steht und bei der die Drehung des Stahls in der Kokille mit Hilfe elektromagnetischer Induktionsfelder erreicht wird, die von Induktionsspulen erzeugt werden, die um die Kokille herum oder selbst im Inneren der Kokille angeordnet sind.

Bei einem derartigen Verfahren dreht sich das Metall nur in der Kokille oder vielmehr in einem Teil dieser Kokille, was bestimmte Nachteile ergibt und es nicht ermöglicht, ein Produkt mit einer derart hohen Qualität zu erzielen, wie dies bei einem Verfahren der Fall ist, bei dem die Kokille gedreht wird. Derartige Verfahren mit elektromagnetischer Drehung weisen jedoch den Vorteil auf, daß sich der Rohling nicht dreht, was die Konstruktion des Gießturmes vereinfacht und die Durchführung von sog. gekrümmten Gießvorgängen ermöglicht, d.h. Gießvorgänge, bei denen der erstarrende Rohling Stück für Stück gebogen wird und schließlich einer horizontalen Richtung folgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und die Stranggußverfahren, bei denen das Metall in der Kokille durch elektromagnetische Induktion in Drehung versetzt wird, derart zu verbessern, daß die Qualität des Gußrohllngs verbessert, die Bildung eines parabeiförmigen Meniskus an der Oberfläche des flüssigen Metalls erleichtert, die Lebens-

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dauer der Kokille vergrößert, die Entfernung der Schlacke erleichtert, der Wirkungsgrad der elektromagnetischen Felder er-

und
höht die Schmierung beim Gußvorgang erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stranggußverfahren für Metalle und insbesondere für Stahl oder Metalle mit ähnlichen Eigenschaften, bei dem das geschmolzene Metall in eine Kokille mit kreisförmigem Querschnitt und einer im wesentlichen vertikalen Achse geleitet, die Wand der Kokille kontinuierlich gekühlt und eine Drehung des geschmolzenen Stahls in der Kokille mit Hilfe von elektromagnetischen Induktionseinrichtungen durchgeführt wird, die in der Kokille oder im Bereich der Kokille angeordnet sind, wobei der erstarrte Rohling am unteren Teil der Kokille abgezogen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kokille durch einen Strahl von geschmolzenem Stahl gespeist wird, der gegenüber der Achse der Kokille geneigt und exzentrisch angeordnet ist, damit die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Kokille mit einer Komponente getroffen wird, die im wesentlichen tangential zu dem geometrischen Kreis ist, der durch den Auftreffpunkt und den Mittelpunkt auf der Achse der Kokille verläuft, so daß ein Meniskus hervorgerufen wird und daß der vertikale Abstand zwischen der Basis des Meniskus und

derartigen

dem oberen Ende der Induktionseinrichtungen auf einen wert gehalten wird, daß kein wesentliches elektromagnetisches Feld im Bereich des Meniskus und insbesondere an seinem oberen Teil erzeugt wird.

Vorzugsweise wird der Strahl aus geschmolzenem Metall derart eingeleitet, daß der Auftreffpunkt im äußeren Drittel des inneren Radius der Kokille liegt und vorzugsweise ist der Strahl gegenüber der Vertikalen unter einem Winkel von zumindest 30° geneigt.

Die Aufrechterhaltung der vorstehend genannten Höhe auf einem ausreichenden Wert erfolgt vorzugsweise durch Regelung der

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Durchflußmenge des Strahles derart, daß der Meniskus In der Kokille auf einer ausreichenden Höhe gehalten wird. Diese vertikale Höhe liegt vorzugsweise zwischen j5O und 120 mm.

Vorzugsweise wird die Kokille mit einer vertikalen Schwingungsbewegung mit einem üblichen Rhythmus angetrieben und in diesem Fall ändert sich das Niveau in der Kokille. In diesem Fallest die genannte vertikale Höhe derart, daß im Mittel das durch die Induktionseinrichtungen erzeugte elektromagnetische Feld nur in unwesentlicher Weise auf das Metallmaterial oberhalb der Basis des Meniskus einwirkt.

Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist die Kokille selbst drehfest befestigt. Es ist Jedoch in gleicher Weise möglich, die Kokille einer Drehbewegung entweder kontinuierlich oder intermittierend oder alternierend vorzugsweise mit einer geringen Geschwindigkeit zu unterwerfen.

Vorzugsweise liegt die Geschwindigkeit des Strahles aus geschmolzenem Material in der Nähe der tangentialen Geschwindigkeit der Drehung des Metalls im Bereich des Meniskus.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Meniskus erzielt, der verbesserte und befriedigendere Eigenschaften aufweist und es wird insbesondere eine gute Drehung des Metalls nicht nur im mittleren Teil der Masse des flüssigen Teils erreicht, sondern auch am Umfang und insbesondere im oberen Teil dieses Umfanges, an dem die Bildung des erstarrten Mantels beginnt, so daß die Bildung dieses Mantels in besonders homogener Welse erfolgt, was die gesamte abschließende Erstarrung in tieferen Bereichen beeinflußt.

Weil kein wesentliches elektromagnetisches Feld am Umfang der Form am Scheitelpunkt des Oberflächenbereiches des flüssigen Metalls erzeugt wird, wird eine Überhitzung der Wand der Kokille an dieser Stelle, an der das heiße Metall des Strahls

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ankommt, vermieden.

Es ist weiterhin festzustellen, daß an dieser exponierten Stelle das flüssige Metall die Wand der Kokille gut benetzt, während bei den bekannten Verfahren mit elektromagnetischer Drehung sich eine fehlerhafte Benetzung ausbildet, wodurch die Gefahr des Mitreißens von Schlacke zwischen der Kokille und dem Rohling hervorgerufen wird, so daß die Oberfläche des Rohlings beschädigt wird. Weil weiterhin das elektromagnetische Feld vollständig in der Masse des flüssigen Metalls absorbiert wird, ist es verständlich, daß der elektromagnetische Wirkungsgrad vergrößert wird.

Weiterhin ergibt das Vorhandensein eines exzentrischen und geneigten Strahls des flüssigen Metalls die Anordnung der Speiseeinrichtungen mit Abstand von der Achse der Kokille, so daß sich die Schlacke in der Mitte des Meniskus derart konzentrieren kann, daß sie von einer Bedienungsperson leicht entfernt wer·» den kann.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, die eine Stranggußkokille mit kreisförmigem Querschnitt und gekühlter Wand, Einrichtungen zur Speisung der Kokille, Einrichtungen zum Abziehen des erstarrten Rohlings oder Barrens unterhalb der Kokille und elektromagnetische Induktionseinrichtungen umfaßt, die eine Drehung des Metalls in der Kokille bewirken, wobei sich diese Vorrichtung dadurch kennzeichnet, daß die Speiseeinrichtungen eine feuerfeste Düse aufweisen, die oberhalb der Kokille mit einer tangentiellen Komponente bezüglich eines Kreises im Inneren der Kokille derart exzentrisch gegenüber der Achse der Kokille angeordnet ist, daß ein Strahl von geschmolzenem Metall entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren eingeleitet wird und daß der obere Teil der elektromagnetischen Induktionseinrichtungen in einem vertikalen Niveau angeordnet ist, das ausreichend niedrig liegt, damit die Ausbildung elektromagnetischer

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Felder in dem oberen Teil der Kokille vermieden wird.

Vorzugsweise sind die elektromagnetischen Induktionseinrichtungen aus Spulen gebildet, die im Inneren der Kokille angeordnet sind und die direkt durch die Kühlflüssigkeit der Kokille gekühlt werden.

Vorzugsweise liefern diese Induktionseinrichtungen ein Feld, das sich in Horizontalrichtung dreht und das eine niedrige Frequenz aufweist, die unter 10 Hz liegt, so daß eine übliche Drehgeschwindigkeit erzielt wird, die zwischen etwa 30 und 120 Umdrehungen pro Minute liegt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn an sich bekannte Einrichtungen zum vertikalen Inschwingungversetzen der Kokille vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß werden weiterhin durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Rohlinge geschaffen, die sich insbesondere durch eine hohe Qualität der Homogenität und der Rein heit im Bereich des Kerns auszeichnen, wobei diese Qualität mit der Qualität vergleichbar ist, die bei den besten bekannten elektromagnetischen Verfahren erzielbar ist und die eine vergrößerte Qualität des Mantels aufweisen, der praktisch frei von Rissen, Stauchungen und Ablagerungen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsform noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung;

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Pig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung

nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein schematischer Axialschnitt einer AusfUhrungsform der Stranggußvorrichtung gezeigt. Diese Vorrichtung weist eine Kokille mit zylindrischem oder vorzugsweise leicht kegelstumpf förmigem inneren Querschnitt auf, der durch eine Innenwand 2 beispielsweise aus Kupfer umgrenzt 1st, hinter der sich ein kreisringförmiger Raum 3 erstreckt, in dem mit Hilfe an sich bekannter Einrichtungen eine Wasserströmung hervorgerufen wird, die zur Kühlung der Wand 2 dient. Eine Außenwand 4 kann beispielsweise zur Umgrenzung des kreisringförmigen Raumes oder Kanals 5 vorgesehen sein.

Um die Kokille 1 herum ist mit vorgegebenem Winkelabstand eine bestimmte Anzahl von Induktoren 5» 6 angeordnet, die mit Wechselstrom mit einer Frequenz gespeist werden, die zwischen 4 und 12 Hz liegt. Selbstverständlich können in an sich bekannter Weise und im Gegensatz zur schematischen Darstellung der Fig. 1 die Induktoren 5, 6 im Inneren der Kokille beispielsweise in dem kreisringförmigen Kanal 3 angeordnet sein, damit sie selbst durch die Wasserströmung gekühlt werden.

Oberhalb der Kokille 1st eine Speisedüse 7 angeordnet, die beispielsweise unter einer Gießpfanne oder einem Verteilungsbehälter oder einem Behälter für geschmolzenen Stahl befestigt ist und die geneigt und in geeigneter Weise derart ausgerichtet ist, daß ein Strahl 8 geliefert wird, der geneigt ist und einen Winkel von vorzugsweise zwischen 30 und 6o° mit der Vertikalen aufweist.

Wie es aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist der Strahl 8 eine horizontale tangentielle Komponente bezüglich eines Kreises auf, dessen Mittelpunkt auf der vertikalen Achse der Kokille liegt und dessen Radius kleiner als der innere Radius der Ko-

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kille ist, und vorzugsweise etwa 2/3 dieses Radius beträgt.

Der auf diese Weise in die Kokille ausströmende geschmolzene Stahl wird an der Wand 2 gekühlt und am unteren Teil der Kokille tritt ein Rohling 9 mit kreisförmigem Querschnitt auf, der kontinuierlich beispielsweise mit Hilfe von Abzugsrollen abgezogen wird. Weiterhin wird der Rohling vorzugsweise durch einen geeigneten WassersprUhnebel gekühlt.

Wie es zu erkennen ist, bleibt in dem Rohling ein Schacht oder Kern aus flüssigem Metall 10, der sich entsprechend der zunehmenden Verdickung des Mantels verengt, der sich am oberen Teil der Form zu bilden beginnt.

Die durch die Induktoren wie z.B. 5* 6 hervorgerufenen elektromagnetischen Felder rufen in dem Schacht aus flüssigem Metall im Inneren der Form eine Drehung um die geometrische vertikale Achse der Kokille hervor. Diese Drehung ist auf die Zone 12 beschränkt, die durch die gestrichelten Linien umgrenzt ist und in der das resultierende elektromagnetische Feld eine ausreichende Stärke aufweist.

In dem Bereich des Schachtes aus flüssigem Metall, der oberhalb des Bereiches 12 liegt, ist die Stärke des elektromagnetischen Feldes zu gering als daß eine Drehung des Metalls hervorgerufen würde. Diese Drehung wird jedoch durch die Ausrichtung des Strahles 8 aus flüssigem Metall hervorgerufen, der eine Drehung des Metalls in diesem oberen Bereich 15 hervorruft und auf Grund dieser Drehung bildet sich ein parabolischer Meniskus 14 aus, dessen niedrigster Punkt über der Basis bei 15 liegt. Schließlich ist im Bereich 16 des oberen Endes des Meniskus das elektromagnetische Feld praktisch gleich 0, so daß keine Gefahr besteht, daß eine überhitzung der Wand 2 an diesem Bereich hervorgerufen wird.

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Selbstverständlich ist es gemäß einer abgeänderten Aunführungsform der Erfindung genauso möglich, daß die elektromagnetischen Felder ausreichend stark sind, damit nie in gleicher Weise zur Drehung des Metalls im Bereich des Meniskus beitragen, daß sie jedoch ausreichend schwach sind,damit keine Aufheizung der Kokille im Bereich der oberen Zone 16 des Meniskus hervorgerufen wird.

In der Praxis wird dies erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, daß die vertikale Höhe 17, die den oberen Teil der Induktoren 5, 6 von dem unteren Teil 15 des Meniskus trennt, eingestellt wird.

Als Beispiel wurde das erfindungsgemäße Verfahren für das Stranggießen von Stahlrohlingen mit einem Durchmesser von 130 mm mit einer Stahlmenge von 12 Tonnen pro Stunde unter Verwendung einer Kokille verwendet, deren Gesamthöhe 500 mm betrug, wobei die Höhe der Induktoren 400 mm betrug und eine Entfernung I7 von 50 mm vorgesehen war. Die Neigung des Strahls gegenüber der Horizontalen betrug 55°.

Der auf diese Weise hergestellte Rohling wies eine ausgezeichnete Qualität im Mittelpunkt und eine geeignete Qualität des Mantels auf, was insbesondere darauf beruht, daß die durch den geneigten Strahl von flüssigem Metall hervorgerufene Drehung eine gute Benetzung der Wand der Kokille hervorruft, so daß das Mitreißen und Hineinziehen von Schlacketeilchen zwischen die Wand der Kokille und dem Mantel des Rohlings vermieden wird.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

1. Stranggußverfahren für Metalle, insbesondere für Stahl oder Metalle mit ähnlichen Eigenschaften, bei dem das flüssige Metall in eine KokHLe mit kreisförmigem Querschnitt und im wesentlichen vertikaler Achse geleitet, die Wand der Kokille kontinuierlich gekühlt und eine Drehung des flüssigen Stahls in der Kokille mit Hilfe von elektromagnetischen Induktionseinrichtungen hervorgerufen wird, die in oder im Bereich der Kokille angeordnet sind, wobei der erstarrte Rohling kontinuierlich am unteren Teil der Kokille abgezogen wird, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Kokille mit Hilfe eines Strahls aus flüssigem Stahl gespeist wird, der gegenüber der Achse der Kokille geneigt und exzentrisch ist und auf die Oberfläche des flüssigen Metalls in der Kokille mit einer Komponente auftrifft, die im wesentlichen tangentie11 zu dem geometrischen Kreis verläuft, der durch den Auftreffpunkt hindurchgeht und dessen Mittelpunkt auf der Achse der Kokille liegt, so daß ein Meniskus hervorgerufen wird und daß der vertikale Abstand zwischen der Basis des Meniskus und dem oberen Ende der Induktionseinrichtungen auf einem Wert gehalten wird, der ausreicht, damit kein wesentliches elektromagnetisches PeDd im Bereich des Meniskus und insbesondere an dem oberen Teil des Meniskus erzeugt wird.

2. Stranggußverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus flüssigem Metall einen Auftreffpunkt aufweist, der im äußeren Drittel des inneren Radius der Kokille liegt.

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J5. Stranggußverfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl gegenüber der Vertikalen unter einem Winkel von zumindest 30° geneigt ist.

4. Stranggußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen 30 und 120 mm liegt.

5. Stranggußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille zusätzlich in vertikale Schwingungen versetzt wird.

6. Stranggußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille in Drehung versetzt wird.

7. Stranggußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Strahls aus flüssigem Metall im wesentlichen gleich der tangentiellen Geschwindigkeit der Drehung des Metalls im Bereich des Meniskus ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer kreisförmigen Stranggußform mit gekühlten Wänden, mit Einrichtungen zur Speisung der Kokille mit flüssigem Stahl, mit Einrichtungen zum Abziehen des erstarrten Rohlings unterhalb der Kokille und mit elektromagnetischen Induktionseinrichtungen zum Drehen des Metalls in der Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Speisender Kokille mit flüssigem Metall eine feuerfeste Düse (7) einschließen, die oberhalb der Kokille (1) mit einer tangentiellen Komponente gegenüber einem inneren Kreis der Kokille (1) und exzentrisch zur Achse der Kokille ausgerichtet ist und einen Strahl (8) gemäß dem Verfahren erzeugt

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und daß der obere Teil der elektromagnetischen Induktionseinrichtungen (5, 6) in einer ausreichend tiefen vertikalen Ebene angeordnet ist damit die Ausbildung von elektromagnetischen Feldern in dem oberen Teil der Kokille (1) verhindert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Induktionseinrichtungen durch Spulen (5, 6) gebildet sind, die im Inneren der Kokille (1) angeordnet sind und die direkt durch die Kühlflüssigkeit der Kokille gekühlt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtungen (5, 6) mit einem Wechselstrom mit niedriger Frequenz in der Größenordnung von 4 bis 12 Hz gespeist sind.

11. Durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellter Rohling, gekennzeichnet durch eine große Homogenität und eine große Reinheit im Bereich des Kerns und eine geeignete Qualität des Mantels, der frei von Rissen, Stauchungen oder SchlackeeinschlUssen ist.

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