DE2758103A1 - Verfahren zum stranggiessen von stahl - Google Patents

Description

CONCAST AG, ZUERICH BELIPAR SA, LUXEMBURG

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Verfahren zum Stranggiessen von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggiessen von Stahl mit einem Zwischenbehälter mit Bodenausguss und einer Durchlaufkokille, wobei der Badspiegel in der Kokille durch ein Mehrphasengemisch von flüssigem Inertgas und einer teilchenförmigen Substanz abgedeckt wird.

Es ist bekannt, beim Stranggiessen von Stahl Giesspulver auf den Badspiegel zu geben, wobei dasjenige im direkten Kontakt mit dem flüssigen Stahl aufschmilzt und zwischen dem entstehenden Strang und der Kokillenwand eine Schmierwirkung ausübt. Beim Giessen von grösseren Formaten wird üblicherweise in Kombination mit der Verwendung von Pulver ein Giessrohr verwendet, das den Stahl geschützt unter den Badspiegel in die Kokille einführt und im Badspiegelbereich die Giesspulver- bzw. Schlackenschicht vom Giessstrahl trennt. Beim Giessen von ' kleineren Formaten, z.B. Knüppeln, können jedoch Giessrohre kaum verwendet werden, da wegen der gegebenen Querschnitte und der notwendigen Wandstärke des Giessrohres zu wenig Abstand zwischen Rohr und kühlender Kokillenwand verbleibt. Damit bildet sich an dieser Stelle eine Brücke aus nichtaufgeschmolzenem Giesspulver und/oder erstarrtem Stahl, die zu Gussabbrüchen führen kann. Wird jedoch ohne Giessrohr und mit Giesspulver gegossen, besteht der Nachteil, dass durch den Giessstrahl Schlackenteilchen in das Innere des Stranges gerissen werden und dadurch der Stahl verunreinigt wird. Daher werden kleinere Formate üblicherweise mit OeI als Schmiermittel gegossen. Dabei ist einerseits der Badspiegel nicht mehr vor Luftsauerstoff geschützt und anderseits führt dies beim Giessen, speziell von Automatenstählen, zu einer ungenügenden Schmierwirkung, da sich das OeI durch die hohe Temperatur zersetzt und die kohlenstoffhaltigen Rückstände nicht genügend schmieren. Dadurch entstehen Oberflächenfehler, die insbesondere bei der Weiterverarbeitung wie Walzen und gegebenenfalls Ziehen zu Rissen führen und unbrauchbare bzw. nur niedrigen Qualitätsforderungen entsprechende Produkte ergeben. Ferner können durch die Einwirkung des OeIs auch sog. Nadelstichporen auftreten, die die Oberfläche des Stranges ebenfalls verschlechtern. Ein weiterer Nachteil

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beim Giessen von Automatenstählen mit OeI, speziell 4>äi -KleMeierten Automatenstählen, besteht darin, dass es während des Giessens zu zeitweiligen kleineren Verpuffungen, verbunden mit Auswürfen aus der Kokille kommen kann, wodurch die Bedienungsmannschaft gefährdet ist.

Beim Giessen mit Giesspulver und Giessrohr für grössere Formate, wie Vorblöcke und Brammen, hat das Giesspulver u.a. die Aufgabe, den Badspiegel vor Luftsauerstoff zu schützen und im flüssigen Stahl befindliche Verunreinigungen aufzunehmen. Die Badspiegelbewegungen erfordern für diesen Zweck eine Giesspulverschicht von ca. 1 cm Dicke. Nur das direkt auf dem Badspiegel liegende Giesspulver verflüssigt sich und dient der Schmierung. Zwischen dieser flüssigen Schicht und der pulverförmigen oberen Schicht ist noch eine Schicht von zusammengebackenem Giesspulver vorhanden. Durch die Oszillationsbewegung wird nicht nur verflüssigtes, sondern auch zusammengebackenes und pulverförmiges Giesspulver in den Spalt zwischen Kokillenwand und flüssigem bzw. erstarrendem Stahl gezogen. Dieses Gemisch von Giesspulver hat gegenüber verflüssigtem Giesspulver eine schlechtere Schmierwirkung, was sich in einer schlechteren Strangoberfläche mit ausgeprägten Oszillationsmarken und Giesspulvereinschlüssen ausdrückt. Oszillationsmarken begünstigen die Rissbildung und führen zu erhöhten Flämmverlusten. Giesspulvereinschlüsse führen bei rostfreien Stählen zu erhöhten SchleifVerlusten.

Es ist ebenfalls bekannt, beim Stranggiessen eines Metalles in eine Giessform mit offenem Giessstrahl eine homogene Mehrphasenmischung zu verwenden. Dabei wird in ein verflüssigtes Inertgas eine teilchenförmige Substanz, beispielsweise Russteilchen, eingebracht, die den Schmiereffekt entlang der Giessformwand verbessern soll. Dabei wird das Mehrphasengemisch über einen sog. Fhasenseparator auf den Giessstrahl aufgebracht. Ueber den Giessstrahl bzw. entlang desselben, kommt die Mehrphasenmischung auf den Badspiegel in der Kokille und schützt das Metall gegen die Einwirkung der Atmosphäre. Durch die Einleitung des Mehrphasengemisches über den Giessstrahl in die Kokille werden, besonders bei grösseren Mengen von teilchenförmiger Substanz, diese Teilchen durch den Giessstrahl in den Giesskopf eingespült, was zu Verunreinigungen führt. Auch können bei dieser Art der Aufbringung des Mehrphasengemisches auf den Giessstrahl durch äussere

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Einflüsse, wie z.B. einen Luftzug, Störungen auftreten. Die festen Teilchen des Mehrphasengemisches verstopfen die relativ kleinen Oeff-Tiungen der Düsen des Phasenseparators, so dass die Schutzwirkung des Giessstrahles ungenügend wird, was sich qualitätsmässig nachteilig auf das gegossene Material auswirkt. Bei grösseren Formaten ist eine regelmässige Verteilung des Mehrphasengemisches über den Giessstrahl auf dem Badspiegel und damit der Festkörper nicht gewährleistet, was zu ungleicher Schmierung entlang der Kokillenwandung führt. Ein Zerflattern des Giessstrahles nach dem Bodenausguss kann aus verschiedenen Gründen, beispielsweise Störungen im Ausguss, nicht verhindert werden. Dadurch kann der Phasenseparator mit Stahl verspritzt werden, was zu Störungen in der Zufuhr des Mehrphasengemisches und zu Giessabbrüchen führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einbringen eines Mehrphasengemisches zu schaffen, das einerseits eine störungsfreie Zufuhr sicherstellt und anderseits einen hohen Reinheitsgrad des gegossenen Stahles sowie eine verbesserte Oberfläche ergibt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass während des Giessens das Mehrphasengemisch aus flüssigem Inertgas mit darin suspendierten, nach ihrem Ausscheiden aus dem Gemisch in Kontakt mit dem flüssigen Stahl aufschmelzenden Festkörper direkt auf den Badspiegel aufgebracht wird.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass durch die Aufgabe des Mehrphasengemisches direkt auf den Badspiegel ein Einspülen von nichtmetallischen Teilchen in den Giesskopf weitgehend verhindert werden kann. Die Festkörper erfüllen nur noch die Aufgabe der Schmierung, die durch das Aufschmelzen derselben verbessert wird. Festkörpereinschlüsse an der Oberfläche des Stranges können vermieden werden. Der Schutz vor Luftsauerstoff übernimmt das Mehrphasengemisch. Störungen an der Zufuhrvorrichtung durch Stahlspritzer vom Giessstrahl können nicht mehr auftreten.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird beim Giessen mit offenem Giessstrahl das Mehrphasengemisch in einem Abstand zum Giessstrahl aufgebracht, der grosser als der halbe Giessstrahldurchmesser ist. Beim Auftreffen des Giessstrahles auf den Badspiegel bildet sich in einem

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Bereich um den Giessstrahl herum eine Welle aus, durch deren Höhe und Strömung ein kleiner Schutzwall gebildet wird, der verhindert, -dass die Festkörper in den unmittelbaren Bereich des Giessstrahles kommen und durch diesen in den Giesskopf eingeschwemmt werden. Der offene Giessstrahl zwischen dem Zwischenbehälter und dem Badspiegel wird durch das verdampfende Inertgas vor Luftsauerstoff geschützt. Durch den Aufschlag des Giessstrahles auf den Badspiegel wird ein grosser Teil der kinetischen Energie vernichtet, wodurch die Strömungstiefe im Sumpf verkleinert wird, was sich für die Qualität des gegossenen Stahles günstig auswirkt.

Beim Giessen von grösseren Formaten mit offenem Giessstrahl und der damit bedingten abwärtsgerichteten Strömung kann eine starke Abkühlung des Stahles im Bereich des Badspiegels nicht verhindert werden, was zu Deckelbildung und damit zu bedeutenden Qualitätsverschlechterungen im gegossenen Strang führt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, empfiehlt die Erfindung, dass der aus dem Bodenausguss des Zwischengefässes austretende Stahl unter den Badspiegel in der Kokille geführt und in eine Strömung zu und entlang dem Badspiegel gebracht wird. ;

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird pro Tonne gegossenem Stahl eine Menge von 1 - 15 kg flüssiges Inertgas und eine solche von 0,01 - 0,2 kg Giesspulver als Mehrphasengemisch zugeführt. Die geringe Menge von Giesspulver bewirkt, dass nur flüssiges Giesspulver in den Bereich zwischen Kokillenwand und Stahl gelangt, was eine gute Schmierwirkung ergibt. Das im Bereich der Kokillenwandung vorhandene Gas verhindert dem im flüssigen Stickstoff befindlichen Giesspulver den Zutritt zur Kokillenwandung, so dass durch die Oszillationsbewegung kein ungeschmolzenes Giesspulver mit dem flüssigen Giesspulver vermischt, was Einschlüsse von Giesspulver auf der Strangoberfläche vermeidet. Damit können Nachbearbeitungsverluste, wie beispielsweise SchleifVerluste bei rostfreiem Stahl, reduziert werden. Dem flüssigen Giesspulver ist zusätzlich die Aufgabe der Aufnahme von zum Badspiegel aufsteigenden nichtmetallischen Einschlüssen zugeordnet. Beim Giessen von Knüppeln kann auf die Oelschmierung verzichtet werden, was die beschriebenen Nachteile, speziell beim Giessen von bleilegierten Automatenstählen, beseitigt.

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Um bei grösseren Formaten eine regelmässige Verteilung des Mehrphasengemisches über dem Badspiegel zu erreichen, empfiehlt die Erfindung, das Mehrphasengemisch an mehreren Stellen direkt auf den Badspiegel zu bringen.

Vorteilhaft wird Stickstoff als flüssiges Inertgas verwendet.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 durch eine Kokille mit Zugabe des Mehrphasengemisches auf den Badspiegel,

Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Zwischenbehälter mit Giessrohr und eine teilweise dargestellte Kokille eines weiteren Beispieles.

Nach Fig. 1 strömt flüssiger Stahl von einem nicht gezeichneten Zwischenbehälter als offener Giessstrahl 2 in eine Kokille 1 für Knüppel. Im Bereich des Giesskopfes 3 beginnt die Erstarrung des Stahles zu
einer Kruste 4 mit in Stranglängsrichtung wachsender Dicke. Während des Giessens wird direkt auf den Badspiegel 5 über eine Leitung 6 ein Mehrphasengemisch, bestehend aus verflüssigtem Inertgas und in diesem suspendierte, aufschmelzende Festkörper, vorteilhaft in Form von
Giesspulver, aufgegeben. Auf dem Badspiegel 5 bildet sich dabei ein als Schicht 7 dargestelltes Gemisch von flüssigem, mit wenig Giesspulver suspendiertem und gasförmigem Inertgas. Vorteilhaft wird pro Tonne Stahl 1 - 15 kg flüssiges inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, zugeführt. Die suspendierte Menge Giesspulver beträgt auf die genannte Menge Gas 0,01 - 0,2 kg. Der flüssige Stickstoff wird durch einen Phasenseparator 30, wie er in der DT-OS 26 06 871 beschrieben ist, in die Leitung 6 gegeben. Das Giesspulver wird mit Hilfe eines Niederdruck-Pulververteilers 31 in die Leitung 6 eingeführt, wobei
eine beständige Suspension wichtig ist. Mit Hilfe eines Ventils 32
wird das auf den Badspiegel 5 aufzugebende Mehrphasengemisch geregelt. Anstelle von Giesspulver können andere suspendier- und auf-

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schmelzbare Festkörper, beispielsweise Glaspulver, Paraffin etc in das flüssige Inertgas gegeben werden. Die Austrittsöffnung der Leitung 6 befindet sich knapp über dem Badspiegel in einem Abstand zum Giessstrahl 2, der grosser als der halbe Giessstrahldurchmesser im Badspiegelbereich ist. Vorteilhaft wird das Mehrphasengemisch in Kokillenwandnähe, etwa in einem Abstand von 1-4 cm, zu der Kokillenwandung aufgebracht.

Wie Fig. 2 zeigt, hat der Giessstrahl 2 einen Durchmesser 8. Dazu ist zu bemerken, dass der Giessstrahl 2 nicht immer der idealen kreisrunden Form entspricht. Beim Auftreffen des Giessstrahles 2 auf dem Badspiegel 5 bildet sich eine Welle 9 im Bereich 10 um die Auftreffstelle des Giessstrahles, wobei der Bereich 10 etwa in einer Entfernung eines halben Giessstrahldurchmessers von diesem Giessstrahl 2 endet. Durch diese Welle, verursacht durch die kinetische Energie des Giessstrahles und das um den Giessstrahl verdampfende inerte Gas, wird verhindert, dass das Giesspulver in den unmittelbaren Bereich des Giessstrahles gelangt und durch diesen in den flüssigen Giesskopf 3 eingeschwemmt wird. Mit dem Verdampfen des flüssigen Inertgases setzt sich Giesspulver auf dem Badspiegel ab. Dabei findet durch die vom flüssigen Giesskopf abgegebene Wärme ein Aufschmelzen des Pulvers statt, so dass das aufgeschmolzene Giesspulver als Film zwischen der erstarrten Kruste 4 und der Kokillenwandung eingezogen werden kann. Da sich das im flüssigen Stickstoff nicht verflüssigte Giesspulver infolge der Verdampfung nicht zu den Kokillenwänden gelangt, kann durch die Oszillationsbewegung der Kokille 1 kein unverflUssigtes Giesspulver zwischen Stahl und Kokillenwandung gelangen. Damit ist es möglich, einerseits mit der geringen Menge an Giesspulver eine optimale Schmierwirkung zu erhalten und anderseits ein Einschwemmen von nichtmetallischen Teilchen in den Giesskopf 3 zu verhindern. Das Inertgas ergibt ferner den Schutz vor Luftsauerstoff sowohl des Badspiegels als auch, in der entstehenden Gasform, des vom Zwischenbehälter kommenden Giessstrahles.

Nach Fig. 3 weist ein Zwischengefäss 15 einen Bodenausguss 16 auf. Der aus dem Bodenausguss 16 austretende Stahl wird mit Hilfe eines Giessrohres 17 unter den Badspiegel 5 einer Brammenkokille 20 geführt. Das Giessrohr 17 ist mit zwei aufwärtsgerichteten Bohrungen 21 verse-

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hen, die dem austretenden Stahl eine Strömung 22 zu und entlang dem Badspiegel 5 erteilen. Ueber die beiden Leitungen 6, 6¹ wird der flüssige Stickstoff mit dem suspendierten Giesspulver direkt auf den Badspiegel 5 aufgebracht. Bei Bedarf kann die Schicht 7 des Mehrphasengemisches an zusätzlichen Stellen aufgegeben werden. Durch die Strömung 22 wird einerseits immer warmer Stahl zum Badspiegel gebracht, so dass eine Deckelbildung vermieden wird, und anderseits können sich nichtmetallische Einschlüsse in der auf dem Badspiegel liegenden flüssigen Schlackenschicht ablagern.

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Claims (6)

PATENTANSPRUECHE 27:>>ΠΟ3

1. Verfahren zum Stranggiessen von Stahl mit einem Zwischenbehälter
mit Bodenausguss und einer Durchlaufkokille, wobei der Badspiegel in der Kokille durch ein Mehrphasen'gemisch von flüssigem Inertgas und einer teilchenförmigen Substanz abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Giessens das Mehrphasengemisch aus flüssigem Inertgas mit darin suspendierten, nach ihrem Ausscheiden aus dem Gemisch in Kontakt mit dem flüssigen Stahl aufschmelzenden
Festkörper direkt auf den Badspiegel aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Giessen mit offenem Giessstrahl das Mehrphasengemisch in einem Abstand zum Giessstrahl aufgebracht wird, der grosser als der halbe Giessstrahldurchmesser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus
dem Bodenausguss des Zwischengefässes austretende Stahl unter den Badspiegel in der Kokille geführt und in eine Strömung zu und entlang dem Badspiegel gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mehrphasengemisch pro Tonne gegossenem Stahl eine
Menge von 1 - 15 kg flüssiges Inertgas und eine solche von 0,01 0,2 kg Giesspulver als Mehrphasengemisch zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrphasengemisch an mehreren Stellen direkt auf den Badspiegel aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff als flüssiges Inertgas verwendet wird.

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