DE2944159C2

DE2944159C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Brammen-Stranggießen mit elektromagnetischer Rührung

Info

Publication number: DE2944159C2
Application number: DE2944159A
Authority: DE
Inventors: Hiromu Fujii; Osamu Kitamura; Seizo Mineyuki; Tetsuro Ohashi; Eiichi Himeji Hyogo Takeuchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1985-08-22
Also published as: FR2440794B1; BR7907167A; GB2034219B; AU5199779A; IT7969160A0; FR2440794A1; US4298050A; IT1119408B; GB2034219A; AU516491B2; DE2944159A1

Description

l/2d<R<2d.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen eines desoxidierten rechteckigen Stahlstranges bei Verwendung eines Gießpulvers auf dem Badspiegel und eines in die Stranggießkokille reichenden Tauchrohres, bei dem die zu vergießende Stahlschmelze eine Konzentration von freiem Sauerstoff im Bereich von 50—200 ppm aufweist und bei dem die Stahlschmelze in der Stranggießkokille horizontal entlang beider Kokii- !enbreitseiten von elektromagnetischen Rührkräften beaufschlagt wird. Sie hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Vtrfahrei;.. zum Gegenstand.

Seit vielen Jahren wen!ep Versuche zum Stranggießen unberuhigter oder halbberuhigter Schmelzen unternommen. Derartige Stahlschmeli .-n wurden jedoch bis heute in der Praxis wegen der Probleme beim Stranggießen und der Stahlqualität, insbesondere wegen der durch Gasblasen verursachten Fehler auf der Oberfläche der Bramme kaum verwendet. Das Kochen solcher Schmelzen verursacht beim Pulvergießverfahren, das bei den meisten modernen Stranggießverfahren angewendet wird, Schwierigkeiten, beispielsweise einen Durchbruch u. dgl. Vor dem Stranggießen wird deshalb die Desoxidation so durchgeführt, daß keine Vollbcuhigung auftritt Wenn jedoch die Menge des freien Sauerstoffs in der Stahlschmelze über etwa 50—70 ppm bei einer Liquidustemperatur von 1520— 1550°C liegt, können Gasblasen auf der Oberfläche eines Stranges gebildet werden. Diese Gasblasen bleiben als Oberflächenf ehler auf den Walzprodukten zurück.

Beim heute üblichen Stranggießen von unberuhigten oder halbberuhigten Stahlschmelzen wird die Stahlschmelze mit dem Desoxidans oder durch Vakuumentgasen sehr stark desoxidiert, um das Kochen zu verhindem. Dadurch wird die hohe Produktionsgeschwindigkeit des Stranggießens vollständig nutzbar gemacht. Andererseits wurde in mehreren Berichten der Tatsache Beachtung geschenkt, daß die durch Gasblasen verursachten Oberflächenfehier auf dem Strang auf ein ungenügendes Kochen zur Entfernung der Gasblasen zurückzuführen sind. In diesen Berichten werden Verfahren zur Unterstützung des Kochens von gering desoxidieriem Stahl oder von Stahl, dessen Desoxidation noch nicht beendet ist, genannt.

So wird vorgeschlagen, die Stahlschmelze elektromagnetischen Rührkräften in der Kokille anzusetzen. Dieses Verfahren läßt sich in ein Verfahren, bei dem die Stahlschmelze innerhalb der Stranggießkokille in waagerechter oder senkrechter Richtung mit Hilfe einer elektromagnetischen Rührvorrichtung gerührt wird, und ein Verfahren unterteilen, bei dem derart gerührt wird, daß eine zirkulierende Strömung erzeugt wird.
Das Verfahren zur Anordnung der elektromagnetischen Rührvorrichtung im Innern der Kokille ist beispielsweise in der JA-OS 51-2621 und JA-AS 53-34 164 beschrieben, während das Verfahren zur Anordnung der elektromagnetischen Vorrichtung unterhalb der Kokille in den JA-OS 49-1 26 523 und 50-68 915 beschrieben ist. Wenn die Stahlschmelze innerhalb der Kokille der elektromagnetischen Rührkraft ausgesetzt wird, um das Kochen zu unterstützen, treten folgende Nachteile in der Praxis auf. Da die erzeugten Blasen sich nach oben bewegen und aus der Schmelze entfernt werden, ist die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls.

die 7ur Beförderung der Blasen benötigt wird, relativ hoch. Anzumerken ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit von der Sauerstoffkonzentration im geschmolzenen Stahl abhängt. Da der Sauerstoffgehalt der in der Praxis gießbaren wenig desoxidierten Stähle oder der Stähle, deren Desoxidation noch nicht beendet ist, geringer ist als derjenige, der für ein merkliches Entgasen benötigt wird, kann eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 3,0 m/s notwendig sein. Wenn jedoch die Blasen durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit nach oben bewegt oder entfernt werden, kann eine Störung der geschmolzenen Stahloberfläche durch die stürmische Rührbewegung des geschmolzenen Stahls innerhalb der Kokille verursacht werden.
Das Gießpulver auf dem Badspiegel hat folgenden Zweck zu erfüllen:
Schmierung zwischen der Stranggießkokille und dem Stahlstrang; Verhinderung eines Temperaturabfalls der

Stahlschmelze; Verhinderung einer Reoxidation der Stahlschmelze und Aufnahme von Einschlüssen, d;e in der Stahlschmelze enthalten sind. Die erwähnte Rührbewegung verursacht aber eine Störung des Gießpulvers auf dem Badspiegel, was zur Folge hat, daß die wesentlichen Funktionen des Gießpulvers nicht zum Tragen kommen und Probleme, wie ein Zusammenbacken des Gießpulvers und ein Aufplatzen, erzeugt werden können. Da das Gießpulver für das Stranggießen auf dem Badspiegei beim gegenwärtig durchgeführten Stranggießen aber unabdingbar ist, ist es daher wichtig, eine Störung des Badspiegels zu verhindern. Dementsprechend ist das geschilderte Verfahren zur Entfernung der Blasen durch Förderung des Kochens in der Praxis beim Stranggie Ben unter Verwendung eines Gießpulvers nachteilig, da der Badspiegel unabwendbar gestört wird. Dabei ist anzumerken, daß als Ergebnis der Rührbewegung eine allmähliche Anreicherung des Gießpulvers im mittleren Bereich der ilokille auftritt Irgendwann liegi dann kein Gießpulver an der Grenzfläche zwischen der Stahlschmelze und den Kokillenwänden mehr vor. Da folglich das Gießpulver nicht mehr zwischen der Kokille und der Strangkruste fließen kann, um die nötige Schmierung zu erzeugen, kann letztlich ein Aufplatzen entstehen.

Gemäß dem in der JA-OS 51-2621 beschriebenen Verfahren soll die Rotationsströmung auf die gesamte Stahlschmelze in der Kokille übertragen werden. Infolgedessen ist die Gefahr, daß das Pulver zusammenklumpt, groß.

Bei dem in der DE-OS 28 10 869 beschriebenen Verfahren ist ein Linearmotor an beiden Längsseiten einer Stranggießkokille derart angeordnet, daß die durch den Linearmotor erzeugten Antriebskräfte in Richtungen geführt werden, die einander entgegengesetzt sind. Dadurch wird eine waagerecht rotierende Strömung sogar im Mittelbereich der Kokille erzeugt. Dieses Verfahren soll Einschlüsse aus dem geschmolzenen Stahl durch eine Zentrifugalkraft abtrennen und entfernen.

Dabei würde ein Gießpulver auf dem Badspiegel gestört. Demgemäß wird dieses Verfahren c· v& Gießpulver durchgeführt.

Aus der DE-OS 26 09 065 ist es bekannv, beim Stranggießen von beruhigtem Stahl im Badspiegelbereich elektromagnetisch zu rühren, um die innere Stmktur des Strangs zu verbessern und eine die Weiterverarbeitung begünstigende »Speckschicht« auf der Oberfläche zu erzeugen.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, lie?t die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der es möglich ist, an der Oberfläche von Stahlsträngen, die durch Stranggießen wenig desoxidierter Stahlschmelzen hergestellt sind, die Gasblasenbildung herabzusetzen.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Blasenbildung, F i g. 2 eine schematische Erläuterung des gerade gegossenen Stranges und des erfindungsgemäßen Prinzips, F i g. 3 eine graphische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung,

Fi g. 4 eine Draufsicht auf die Stranggießkokille,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie VII von F i g. 4,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine Stranggießkokille mit gekrümmten Schmalseiten,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit entlang einer Strecke (x) von einer der Schmalseiten der Kokille,

F i g. 8A und B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt einer Kokille,

F i g. 9 eine Draufsicht auf eine Kokille und

F i g. 10 eine Draufsicht, die der von F i g. 9 ähnelt.

Die Erfindung stellt im einzelnen auf Faktoren ab, die bei der Blasenbildung während der Verfestigung einer Stahlschmelze mit einem geringen Desoxidationsgrad auftreten. Gemäß F i g. 1 läßt sich die Erzeugung von Blasen während der Verfestigung in eine Etufe, die als Keimbildung bezeichnet wird, in der die Blasenkerne gebildet werden, und eine weitere Stufe einteilen, die a5s Wachstum bezeichnet wird, in der die Kerne zu Blasen anwachsen. Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, reicht ein Partialdruck Pco in den Blasen von etwa 1 atm oder darüber (Pco ~ 1 atm) für ein weiteres Wachstum der Blasen aus, obwohl ein Partialdruck Pco von etwa 2—3 atm (Pco = 2—3 atm) zur Keimbildung an der Verfestigungsgrenzfläche notwendig ist. Aus dieser Tatsache kann ersehen werden, daß bereits erzeugte Keime leicht zu Blasen anwachsen, während dagegen die Erzeugung von Blasenkeimen schwierig ist. Das Wachstum der Blasen ist dann beendet, wenn der ferrostatische Druck Pfc des geschmolzenen Stahls, der auf die Blasen ausgeübt wird, den Partialdruck Pco überschreitet Die Erzeugung der Blasenkeime, die anschließend in die Blasen umgewandelt werden, wird hauptsächlich durch die Kohlenstoff- und Sauerstoffkonzentration im geschmolzenen Stahl beeinflußt.

Es hat Sich folgendes herausgestellt:

A. Im Vergleich zu ihrem Wachstum sind die Blasenkeime schwierig zu erzeugen. Die Erzeugung der Blasenkeime benötigt mehr als nur eine bestimmte Konzentration der Elemente,

B. Die Blasenkeime werden bereits an dem Punkt erzeugt, bei dem die Verfestigung beginnt, nämiich an der Verfestigungsgrenzfläche am Badspiegel innerhalb der Kokille.

C. Die Konzentration der Elemente, wie Kohlenstoff und Sauerstoff, ist an der Verfestigungsgrenzfläche relativ hoch.

Diese Tatsachen A, B und C werden beachtet, wobei Maßnahmen zur Verminderung der Konzentration der Elemente an der Verfestigungsgrenzfläche nahe des Badspiegels innerhalb der Kokille bis zu einem bestimmten Wert getroffen werden. Dieser Wert ist geringer als die kritische Konzentration zur Erzeugung von Blasenkeimen, wobei noch keine Störung des Badspiegels verursacht wird.

Es wird eine rGt'erende Strömung in der Stahlschmelze in Form eines Films gebildet, wie es durch die schraffierten Seiten der Verfestigungsgrenzfläche gezeigt ist, die durch die rahmenartigen stark ausgezogenen Linien in Fig.2 definiert sind. Die rotierende Strömung die nachstehend mit 3 bezeichnet wird, wird im

wesentlichen um den gesamten Umfang einer Verfestigungsgrenzfläche 2 gebildet. Sie ist nur entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche begrenzt und erstreckt sich nicht mitten in die Stahlschmelze. Weiterhin wird diese Strömung 3 in Nachbarschaft zu dem Badspiegel 1 in der Kokille gebildet. Wegen der filmartigen rotierenden Strömung der Stahlschmelze weist der Oberflächenbereich eines hergestellten Strangs 4 eine unbeschädigte Verfestigungsschicht S auf, in der die Elementkonzentration geringer ist als der kritische Endwert zur Erzeugung von Blasenkeimen. Da der geschmolzene Stahl entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche nahe dem Badspiegel während des Gießens rotiert, erfolgt ein Konzentrationsausgleich in der Stahlschmelze. Da die erzeugte Strömung der Stahlschmelze in Form eines Films nur entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche gebildet wird, ist weiterhin anzumerken, daß die Stahlschmelze und das Gießpulver auf dem

ιί> Badspiegel durch die Strömung der Stahlschmelze nicht negativ beeinflußt werden.

Erfindungsgemäß sind die Stähle mit noch nicht beendeter Desoxidation und die leicht desoxidierten Stähle, die eine fehlerfreie Verfestigungsschicht ohne Gasblasen auf der Strangoberfläche aufweisen, Stähle, die im Bereich folgenden Desoxidationsgrades liegen. Unterhalb des Minimums der Sauerstoffkonzentration werden Gasblasen einschließlich Krater auf der Oberfläche des Strangs erzeugt, ohne daß irgendeine Strömung dem

is geschmolzenen Stahl verliehen wird. Dieses Minimum hängt von den Betriebsbedingungen ab, beispielsweise von anderen Elementen als Sauerstoff, der Temperatur der Stahlschmelze und der Gießgeschwindigkeit, und entspricht in den meisten Betriebsbedingungen einer Sauerstoffkonzentration von ungefähr 50 bis 60 ppm bei einer Liquidustemperatur von 1520 bis 1530° C. Oberhalb des Maximums der Sauerstoffkonzentration kann der CiietSbetrieb nur unvollkommen aufrechterhalten werden. Wenn die Sauerstoffkonzentration zu noch ist. wifd ein Kochen in der Kokille erzeugt, so daß nicht nur die derart hergestellte ernsthafte Störung des Badspiegels das normale Pulvergießen beeinflußt, sondern der Gießbetrieb selbst schlimmstenfalls unmöglich wird. Die minimale Sauerstoffkonzentration zur Erzeugung des Gasens entspricht etwa 200 ppm Sauerstoff. Die Stähle mit noch nicht abgeschlossener Desoxidation und die leicht desoxidierten Stähle, die erfindungsgemäß vergossen werden sollen, sind deshalb Stähle mit einer Konzentration an freiem Sauerstoff, die nicht unter 50 und nicht über 200 ppm liegt. Die vorstehend erwähnte Sauerstoffkonzentration wird mitteis einer Sauerstoffkonzentrationskette mit CaO-stabilisiertem Zirkondioxid als Festelektrolyt, einem Gemisch von Cr/Cr2O3 als Standardelektrode und Eisen als Gegenelektrode gemessen.

Wenn der zu gießende Stahl eine Sauerstoffkonzentration voii aber 200 ppm besitzt, also die Sauerstoffkonzentration über dem Maximalwert liegt, soll der Stahl einer Kohlenstoffdesoxidation durch Vakuumentgasen oder einer Desoxidation mittels Desoxidantien wie Al, Si, Ca u. dgl., unterzogen werden und nach der Einsteüung der Sauerstoffkonzentration auf einen Wert unterhalb des Maximums wird der Stahl dem erfindungsgemäßen Gießverfahren unterzogen. Erfindungsgemäß wird der gesamte Umfang der Verfestigungsgrenzfläche in Nachbarschaft zum Badspiegel in der Kokille einer rotierenden Strömung der Stahlschmelze mit der nachstehend erläuterten Strömungsgeschwindigkeit unterzogen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze, die zur Unterdrückung der Blasenkeime notwendig ist, ist nur so groß, daß die Konzentration der Elemente an der Verfestigungsgrenzfläche auf einen Wert abgesenkt wird, der geringer ist als die Konzentration, die zur Keimbildüiig benötigt wird. Dementsprechend kann die Strömungsgeschwindigkeit beträchtlich niedriger s?in. als rfie Strömungsgeschwindigkeit, die bei üblichen Verfahren zur Entfernung der Blasen eingesetzt wird. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr 1,0 m/sek. Anders ausgedrückt kann sogar bei einer geringen Geschwindigkeit unterhalb etwa 1,0 m/sek die Elementkonzentration an der Verfestigungsgrenzfläche auf einen Wert abfallen, der geringer ist als derjenige, der zur Erzeugung der Keime benötigt wird. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit etwa 1,0 m/sek überschreitet, kann die Strömungsbewegung zur Störung des Badspiegels bzw. des Gießpulvers auf dem Badspiegel führen. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit wird deshalb so eingestellt, daß sie keine Störung des Badspiegels und des Gießpulvers erzeugt. Die minimalen Strömungsgeschwindigkeiten liegen in einem Bereich von 0,1 —0,4 m/sek. Unterhalb der minimalen Strömungsgeschwindigkeiten können die gewünschten Wirkungen des Konzentrationsabfalls nicht erhalten werden. Die erfindungsgemäße Strömungsgeschwindigkeit ist gering und liegt in einem Bereich von 0,1 —1,0 m/sek, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5—0,8 m/sek. Die in diesem Bereich liegende Strömungsgeschwindigkeit soll einen konstanten Wert entlang der gesamten Verfestigungsgrenzfläche besitzen. Erfindungsgemäß wird die Erzeugung von Keimen in einer Stufe unterdrückt, die vor dem Anwachsen der Keime in Blasen liegt, während bei den üblichen Verfahren die oereits entstandenen Blasen sich nach oben bewegen und anschließend entfernt werden.

Die Tiefe der rotierenden Strömung hat eine Beziehung zu der Dicke der fehlerfreien Oberfläche der Verfestigungsschicht eines Stranges ohne Gasblasen. Wenn in der Theorie die minimale fehlerfreie Verfestigungsschicht auf der Oberflächenschicht eines Stranges vorliegt, werden sämtliche Gasblasen innerhalb der Oberflächenschicht während der nachfolgenden Walzbehandlunger. fest zusammengepreßt und stellen keine weiteren Probleme bei der praktischen Verwendung des gewalzten Produkts dar. Da in der Praxis jedoch eine beträchtliche Menge Zunder bis zum Walzen entsteht, beispielsweise während des Gießens und in den Glühöfen, können die Gasblasen unter der Strangoberfläche freigelegt werden. Da die Zunderdicke etwa 0,7—5 mm beträgt, erstreckt sich die rotierende S'römung, die entlang des Gesamtumfangs der Verfestigungsgrenzfläche erzeugt wird, vom Badspiegel, wo die Verfestigung beginnt, bis zu einer Tiefe, wo die Dicke der Strangkruste, der zu erwartenden Zunderdicke gleicht. Die so erzeugte rotierende Strömung wird an dem gesamten Umfang der Verfestigungsgrenzfläche im oberen Bereich der Flüssigkeitsmenge in der Kokille gebildet Diese rotierende Strömung hat eine streifenförmige Form, deren Breite in senkrechter Richtung in der Flüssigkeitsmenge verläuft Die Anordnung der Verfestigungsschicht mit einer Dicke von 0,7 bis 5 mm hängt von der Gießgeschwindigkeii ab, sie liegt jedoch etwa 50 bis 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfiäche, wenn übliche Gießbedingungen eingesetzt werden.

Die vorstehend erwähnte Dicke der kreisförmigen Strömung ist vorzugsweise so gering wie möglich, um Energie zu sparen und um Einflüsse der rotierenden Strömung auf dem Badspiegel auf einem sehr geringen

Grad zu halten. Nachstehend wird die Dicke der rotierenden Strömung erläutert.

Gemäß F i g. 3 hat die Strömung innerhalb der Kokille eine Geschwindigkeitsverteilung, die vom Abstand von der Kokillenwand abhängt, Diese Verteilung ist von der Antriebskraft, die beispielsweise von der nachstehend erläuterten, die Strömung erzeugenden Vorrichtung abgegeben wird, und der Dicke einer Kupfcrplatte der Kokille abhängig. Wenn diese Bedingungen entsprechend eingestellt werden, kann eine hohe Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 m/sek an der Oberfläche der Kokillenwand auf einen Wert, der unterhalb der Hälfte von 1,0 m/sek liegt, in einem Bereich der Kokille abfallen, der 10—20 mm von der Oberfläche der Kokillenwand entfernt ist (vgl. Fig. 3). Dementsprechend ist eine Strömung mit einer Dicke von 10—20 mm, wobei sie sich an der Kokillenwand befindet, ein wichtiger Bereich der Strömung, die an der Unterdrückung der Blasenkeime teilnimmt, während die Strömung, die von der Kokillenwand mehr als 20 mm entfernt ist, nahezu keinen Einfluß auf das Verhalten der geschmolzenen Stufiloberf lache ausübt.

Es ist eine bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung in der Stahlschmelze vorgesehen, die sich entlang des gesamten Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche im oberen Bereich der Schmelze ausbildet. Diese Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Rührkraft, insbesondere ein Linearmotor, der die filmartige rotierende Strömung erzeugt, und zwar aufgrund der Wirtschaftlichkeit und der Stabilität. In der in Fig.4 und 5 gezeigten Ausführungsform sind die Linearmotoren 8 und 8' in Kühlkasten beider Längsseiten 9 der Kokille 7 angeordnet. Die Antriebskräfte der Linearmotoren 8 und 8' werden in Richtung a und b gerichtet, die einander entgegengesetzt sind, wodurch die rotierende Strömung 3 erzeugt wird. Der BcfcatiguiigSüfi der LincärrnötOrcri S Und o' in Senkrechter Richtung ist ΐϊΐ Γ i g. 5 €ΓΪαϋίεΓί. DiC Linearmotoren 8 und 8', die in der in F i g. 5 gezeigten Stellung angeordnet sind, beeinflussen die Verfestigungsgrenzfläche 2 über die streifenförmige rotierende Strömung 3. Der Bereich der Verfestigungsgrenzfläche 2, der der rotierenden Strömung in Form eir-ps Stumpfes ausgesetzt ist, erstreckt sich vom Punkt der beginnenden Verfestigung an dem Badspiegel 1 bis zu dem Punkt der Verfestigungsgrenzfläche 2, wo die Dicke der Verfestigungsschicht größer ist als die Zunderdicke, beispielsweise etwa 0,7 bis 2,0 mm. Die Dicke der rotierenden Strömung 3 mit der vorstehend erläuterten vorherbestimmten Strömungsgeschwindigkeit beträgt etwa 10 bis 20 mm.

Theoretisch ist es möglich, die gesamte Verfestigungsgrenzfläche dieses Bereichs, wie vorstehend erläutert, der elektromagnetisch erzeugten Strömung zu unterwerfen. Es ist praktisch jedoch ziemlich schwierig, insbesondere, wenn das zu gießende Produkt eine Bramme mit einer rechteckigen Gestalt im Querschnitt ist. Bei einem Vorblock oder einem Knüppel mit einem runden oder quadratischen Querschnitt kann eine elektromagnetisch erzeugte Strömung relativ leicht erhalten werden, da der Abstand von der Mitte bis zur Wand der Kokille einheitlich ist Da andererseits bei einer Bramme ein signifikanter Unterschied zwischen den Längen der Breitseiten und der Schmalseiten der Kokille vorliegt und ferner der Abstand von der Wand zur Mitte der Kokille nicht einheitlich ist, ist die elektromagnetisch erzeugte Strömung nicht gleichförmig. Da fernerhin die Strömungsgeschwindigkeit selbst, die auf die Stahlschmelze übertragen wird, gering ist, kann der Fluß der Stahlschmelze an den vier Ecken der Brammenkokille zum Stillstand kommen. Dies hat zur Folge, daß die anⁿestrebten Ziele nicht erreicht werden könnerv

Erfindungsgemäß wird eine zuvor bestimmte Stelle der Verfestigungsschicht stetig der elektromagnetisch erzeugte Strömung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit unterzogen, ohne daß der Badspiegel gestört wird und ein Stillstand der Strömung in der Kokille auftritt. Diese Bedingungen der elektromagnetisch erzeugte Strömung wurden untersucht und folgendermaßen abgeklärt. Zunächst wurde genau die Ausgestaltung der Schmalseiten der Kokille untersucht, die eine derartige Gestalt haben soll, daß ein elektromagnetisches Feld ohne Unterbrechung erzeugt wird. In F i g. 6 sind die Schmalseiten 10 der Kokille 7 mit einer nach außen konkaven oder nach innen konvexen Gestalt versehen. Diese Gestalt weist einen Krümmungsradius auf, der der Hälfte des Krümmungsradius (R) der tatsächlichen Länge der Schmalseite 10 der Kokille 7 entspricht. Wenn die in F i g. 6 gezeigte Kokille verwendet wird, hat die Strömung der Stahlschmelze in der Kokille ein Fließmuster 5, das schematisch in F i g. 6 dargestellt ist

Wenn die Schmalseite 10, wie in Fig.6 dargestellt, eine konkave Gestalt besitzen, kann die an einer der Breitseiten 9 erzeugte Strömung zufriedenstellend auf eine der Schmalseiten 10 mit dem Krümmungsradius R (R). wie in F i g. 6 gezeigt, und sogar auf die gegenüberliegende Breitseite 9 überführt werden. Dies hat zur Folge, daß eine kontinuierliche waagerechte rotierende Strömung 3 ohne Stillstand innerhalb der Kokille 7 gebildet werden kann. Die Ausbildung der inneren Oberfläche von Kokillenschmalseiten in konkaver Form ist an sich beim Stranggießen von Stahl aus der JA-OS 52-1 17 234 bekannt Dieser Patentschrift liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine Verfestigungsschicht für die Schmalseiten einer Bramme mit einer Bogenstruktur zu schaffen und _ß

dadurch zu verhindern, daß sich die Schmalseiten der Bramme während des Gießens auswölben. Demnach wird 55 I

durch diese JA-OS nicht die kontinuierliche waagerechte rotierende Strömung der Stahlschmelze angeregt Die konkave Gestalt der Innenoberfläche von Schmalseiten einer Kokille für das kontinuierliche Gießen ist ebenfalls aus der US-PS 27 81 562 bekannt, wobei diese Patentschrift ein Nichteisenmetall betrifft f§

Zweitens wurden Untersuchungen an Strömungsmustern durchgeführt die bei Verwendung von Schmalseiten der Kokille mit verschiedenen Krümmungsradien (R) erhalten werden. Als Ergebnis dieser Untersuchung hat sich herausgestellt daß das Strömungsmuster, das dem in F i g. 6 gezeigten Muster gleichwertig ist bei einem Krümmungsradius (R) erhalten werden kann, der der Hälfte bis zum zweifachen der tatsächlichen Dicke (d) der Strangbreitseiten entspricht Gemäß F i g. 7 ist die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem Abstand χ an Fällen erläutert, bei denen unterschiedliche Geschwindigkeiten der Schmalseiten zur Anwendung kommen. Der Abstand χ bezeichnet den Abstand von einer der Schmalseiten bis zur Mitte der Breitseiten in Richtung der Breitseiten im mittleren Bereich der Kokillendicke oder der Hälfte der Dicke (d)des Stranges oder der Kokillenschmalseiten. Wenn der Krümmungsradius (R) der Kokille, wie aus F i g. 7 ersichtlich ist die Hälfte bis das zweifache der Strangdicke beträgt (durchgezogene und gestrichelte Linie) wird eine relativ rasche

Strömung an den Schmalseiten der Kokille ausgebildet und die Strömungsgeschwindigkeit wird abrupt klein, wenn die Strömung die Schmalseiten verläßt. Wenn der Krümmungsradius (R) im Gegensatz dazu das dreifache oder mehr gegenüber der Strangdicke (d) beträgt (vgl. strichpunktierte Linie) fällt die Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert ab, der weniger als die Hälfte des Wertes für die beiden vorstehend genannten Kurven beträgt. Weiterhin gibt es keinen bemerkenswerten Wechsel in der Geschwindigkeitsverteilung in Richtung auf die Mitte der Kokillenbreitseiten. Diese Tatsachen bedeuten, daß die elektromagnetisch erzeugte Strömung wirksam an der Verfestigungsgrenzfläche mit den beiden früher genannten Krümmungsradien erhalten wird, während bei dem letzteren Krümmungsradius die waagerechte rotierende Strömung keinen nennenswerten Einfluß auf die Verfestigungsgrenzfläche an den Schmalseiten ausübt und zum Kokilleninneren verteilt wird. Die

ίο Strömungsverteilung im letzteren Fall kann eine Störung des Badspiegels oder Stillstandsbereiche erzeugen, was zur Folge hat, daß der gesamte Umfang der Verfestigungsgrenzfläche nicht der gewünschten elektromagnetisch erzeugten Strömung unterworfen werden kann. Eine derartige Tendenz ist üblich bei konventionellen Kokillen mit geraden Schmalseiten. Die vorstehend erwähnte Störung des Badspiegels kann wiederum keine einheitliche Verteilung des Gießpulvers auf dem Badspiegel nach sich ziehen, da die Unterbrechung der elektromagnetisch erzeugten Strömung infolge Stillstands die Bildung von Blasen anregen kann. Um den vorbestimmten Bereich der Verfestigungsgrenzfläche der elektromagnetisch erzeugten Strömung zu unterwerfen, muß, wie aus der vorstehenden Erklärung entnommen werden kann, die Ausgestaltung der Schmalseiten so gewählt werden, daß der Krümmungsradius (R) der Schmalseiten in einem Bereich von der Hälfte bis dem Zweifachen vorzugsweise die Hälft? bis zum Wprt Ηργ Strangdicke /rf)selbst liegt.

Ferner weisen die Kokillenschmalseiten einen Krümmungsradius (R) auf, der der Hälfte bis zum Zweifachen der Strangdicke (d) entspricht. Dieser Radius ist optimal, um eine elektromagnetisch erzeugte Strömung ohne Stillstand zu erreichen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist niedrig, da sie in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek liegt. Obwohl die Gestalt der Kokillenschmalseiten ideal war und weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit niedrig war, wurde die erhaltene Kraft der elektromagnetisch erzeugten Strömung 13 nicht in die waagerechte rotierende Richtung gelenkt, sondern in Richtungen, die von beiden Kokillenschmalseiten zur Kokillenmitte weisen. Wegen der vorstehend genannten Richtungen der elektromagnetisch erzeugten Strömung sammelt sich das Gießpulver 14 auf dem Badspiegel im Zentrum an, was zur Folge hat, daß kein Pulver auf dem Badspiegel an beiden Schmalseiten vorliegt. Das normale Pulvergießverfahren kann deshalb nicht ausgeführt werden und es werden durch die elektromagnetisch erzeugte Strömung, wie vorstehend erläutert. Störungen, wie ein Durchbruch, verursacht

In der in Fig. 8A dargestellten Anordnung weisen die Schmalseiten der Kokille einen Krümmungsradius (R) auf, der die Hälfte bis das Zweifache der Strangdicke (d), wie vorstehend erläutert, ist und in der Fig.8B gezeigten Anordnung sind die Linearmotoren 8 und 8' in einem Bereich von 150 bis 200 mm unterhalb der gechmolzenen Stahloberfläche, beispielsweise 150 mm eingebaut. Das Fließmuster, das mit der Kokille und den Linearmotoren erhalten wird, ist in Fig.8B dargestellt. Es wird keine elektromagnetisch erzeugte Strömung ohne Stillstand erreicht, die keine Störung an vorbestimmten Stellen des Badspiegels verursacht, wie aus F i g. 8 zu ersehen ist, wenn nicht sowohl die Schmalseiten eine ideale Gestalt besitzen als auch die Linearmotoren in optimaler Stellung eingebaut sind.Das Muster der elektromagnetisch erzeugte Strömung gemäß F i g. 8A verursacht keine Störung des Gießpulvers auf dem Badspiegel, da die waagerechte elektromagnetisch erzeugte

•40 Strömung, die nachfolgend gegen die Schmalseiten 10 prallt, ausreichend stark ist, damit das Pulver auf dem Badspiegel nicht gestört wird und eine elektromagnetisch erzeugte Strömung 3 erhalten wird, die nur kontinuierlich an der Verfes^l>gungsgrenzfläche verteilt ist. Weiterhin liegen die Abwärtskomponenten 16 der elektromagnetisch erzeugten Strömung in einer solchen Stellung unterhalb eines Bereichs der Verfestigungsgrenzfläche vor, der der elektromagnetisch erzeugten Strömung unterzogen werden soll. Diese Abwärtskomponenten üben deshalb keinen nachteiligen Einfluß auf die Bildung der fehlerfreien Verfestigungsschicht auf.

Wenn die Linearmotoren in einer Stellung etwa 100 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfläche angebracht werden, führt eine derartige Einbauposition nicht immer zu ernsthaften Schaden, wie einen Durchbruch, wenn eine übliche flache Form der Schmalseiten verwendet wird. Es kann jedoch nicht vorausgesagt werden, daß absolut keine Gefahr von derartigen Schaden vorliegt, da die Stahlschmelze an den Schmalseiten wegen derer flacher Gestalt anschwillt, wenn die elektromagnetisch erzeugte Strömung auf die flachen kurzen Seiten trifft Infolgedessen kann die eingetragene Menge des Gießpulvers an den Schmalseiten zu gering sein.

Damit weder der Badspiegel gestört wird, noch ein Stillstand eintritt und damit weiterhin der vorbestimmte Bereich der Verfestigungsgrenzfläche der kontinuierlichen elektromagnetisch erzeugte Strömung unterzogen wird, sollen, wie vorstehend im einzelnen erläutert, sowohl die Gestalt der Schmalseiten der Kokille als auch die Einbauposition der Linearmotoren den erfindungsgemäßen Bedingungen genügen.

In einer idealen Ausführungsform der Erfindung werden die Linearmotoren in einen Kühlkasten der Kokille derart eingebaut, daß die Kernzentren der Linearmotoren in Höhe des Badspiegels angeordnet sind. Zusätzlich wird das Stranggießverfahren in folgender Weise ausgeführt: Der Bereich des flüssigen Stahls, der von der laminaren Strömung beeinflußt wird, die durch die Linearmotoren erzeugt wird, erstreckt sich 200 mm unter dem Badspiegel, während die Strömungsgeschwindigkeit der elektromagnetisch erzeugten Strömung 3 in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek in diesem Bereich liegt

Tatsächlich können die Linearmotoren in der vorstehend erwähnten Idealposition eine Schwierigkeit beim Einbau aufwerfen. Weiterhin liegt ein Nachteil in der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 1,0 m/ sek bei einer Höhe von 200 mm unter dem Badspiegel vor. Es ist deshalb aus praktischen Gesichtspunkten zu empfehlen, daß die Linearmotoren derart eingebaut v-erden, daß die Kernzentren der Linearmotoren etwa 200 mm unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls angeordnet sind. Dadurch werden obere und untere laminare Strömungen zur Anwendung geöracht, um den vorstehend erwähnten Einfluß zu verwirklichen. Bei diesem Einbau wird die Grenzschicht zwischen der Stahlschmelze und der Verfestigungsschicht, die eine Dicke

bis zu 5 mm besitzt, wirksam der kontinuierlichen elektromagnetisch erzeugten Strömung ausgesetzt die eine Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek besitzt. Es wird dabei weder der Badspiegel gestört, noch ein Stillstand erzeugt. Da durch die Erfindung hauptsächlich eine fehlerfreie Verfestigungsschicht an dem notwendigen Minimalbereich der Verfestigungsgrenzfläche geschaffen werden sollte, wie aus der vorstehenden Erläuterung zu entnehmen ist, können eins oder mehrere Linearmotoren in vertikaler Richtung angeordnet sein. s

Gemäß Fig.6 sind Linearmotoren 8 und 8' in Kühlkasten der Kokille 7 für eine Bramme enliarsg der Breitseiten der Kokille eingebaut. Die Verfestigungsgrenzfläche, an der die Dicke der Verfestigungsschicht gleich oder geringer ist als die Zunderschicht, wird der elektromagnetisch erzeugten Strömung unterzogen, die durch die Antriebskraft der Linearmotoren in Richtung a und b erzeugt wird. Diese Richtungen a und b sind einander entgegengesetzt ausgerichtet. Erfindungsgemäß wird die elektromagnetische Strömung derart er- to zeugt, daß die aus dem Tauchrohr 11 ausgetragenen Ströme zum Gießen der Stahlschmelze in der Kokille nicht die elektromagnetisch erzeugte Strömung stören, der die vorstehend erwähnte Verfestigungsgrenzfläche unterzogen wird. Bei einem üblichen Tauchrohr fallen die Auslaßöffnungen in den meisten Fällen mit der Stellung zusammen, wo die elektromagnetisch erzeugte Strömung gebildet wird. Wenn dieses übliche Tauchrohr erfindungsgemäß eingesetzt wird, wird die elektromagnetisch erzeugte Strömung, die so langsam ist, daß dadurch der Badspiegel innerhalb der Kokille nicht gestört wird, durch die aus dem Tauchrohr ausgetragenen Ströme behindert. Dabei wird nämlich die elektromagnetisch erzeugte Strömung nur teilweise infolge des Einflusses des ausgetragenen Stroms erzeugt. In dieser Hinsicht ist anzumerken, daß im Bereich der Verfestigungsgrenzfläche, wo die Dicke der Verfestigungsschicht gleich oder geringer ist als die Zunderdicke, der Verfestigungsablauf infoige der elektromagnetisch erzeugten Strömung verzögert wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Richtung der Ströme, die aus dem Tauchrohr 11 treten, wichtig.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll der Abstand L (vgl. F i g. 9) zwischen dem Tauchrohr 11 zum Eingießen der Stahlschmelze in die'Kokille und den Wänden der Breitseiten 9 der Kokille beachtet werden. Wenn der Abstand L geringer als 20 mm wird, wird der Widerstand gegen die Strömung, die mit der vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit in einem Teii der geschmolzenen Stahloberfläche, der an den Kokillenwänden anliegt, vorgesehen ist, so hoch, daß eine glatte Strömung nicht immer erhalten werden kann. Der Abstand L soll deshalb 20 mm oder mehr betragen. Der maximale Abstand L wird einfach entsprechend der Größe der Kokille, dem Durchmesser des Tauchrohres u. dgl. bestimmt.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels erläutert. In diesem Beispiel entsprechen die Chargen 1 und 2 unberuhigten Stählen und die Chargen 3 und 4 halbberuhigten Stählen, wie in nachstehender Tabelle angegeben, und sind kontinuierlich gegossen. Die Sauerstoffkonzentration, die ebenfalls in der Tabelle angegeben sind, wurden durch Zusatz eines Desoxidans zu den Chargen 1 und 2 und durch Vakuumentgasen der Chargen 3 und 4 erhalten.

Tabelle

Beispiel
Der Stahl jeder Chargennummer wird unter folgenden Bedingungen gegossen.

Form der Kokille:

Die Schmalseiten sind mit einem Krümmungsradius R gekrümmt, der der Hälfte der Strangdicke entspricht.

Größe der Kokille:

250 mm schmal und 2100 mm maximale Breite.

Gießgeschwindigkeit: 0,7 m/min.

Einbauposition der Linearmotoren:

Die Zentren der Linearmotoren befinden sich 200 mm unterhalb des Badspiegels.

Tauchrohr:

Das Tauchrohr hat einen Außendurchmesser von 100 mm und ist im Zentrum der Kokille angeordnet; die Austragsstellung liegt 250 mm unter der geschmolzenen Stahloberfläche und die Austragsrichtung richtet sich gegen die Schmalseiten.

Frequenz des elektrischen Stroms: 5 Hz.

Magnetische Antriebskraft: 3800 A χ 18 Wicklungen.

Zustand der rotierenden Strömung des geschmolzenen Metalls:

Die effektive Strömungsdicke beträgt 10 bis 20 mm; die effektive Strömungstiefe reicht von dem Badspiegel bis zu einem Punkt, der 200 mm unter dem Badspiegel Hegt; die Dicke der Verfestigungsschieht 200 nun unterhalb des Badspiegels ist 0 bis 3 mm und die Strömungsgeschwindigkeit 0,5 bis 0,8 m/sek.

Charge	r	ς;	λΧη	ρ	C	Al . TSOl	Q	im Tundish
	W	(5b)	(%)	(Ο/ο)	(Vo)	(%)	(ppm)	1550
1	0,05	Spuren	0,12	0,013	0,015	Spuren	150	1550
2	0,06	Spuren	0,12	0,012	0,020	Spuren	200	1530
3	0,15	0,15	0,60	0,013	0,012	0	75	1530
4	0,20	0,16	057	0,011	0,011	0	70

Das Gießpulver besteht aus

1. Ca(VSiO₂ =

Al₂O₃ = 10%

5 Na⁺ = 3,5%

K- = 2,5%

F- = 4%

C = 4,5%

ίο 2. Viskosität: 2ß Gleichgewicht bei 1500° C und 3. Schmelzpunkt: 1150° C

Beim Gießen der Chargen 1 bis 4 können Stränge mit einer fehlerfreien Verfestigungsschicht erhalten werden, ohne daß eine Störung oder Behinderung des Gießpulvers auf dem Badspiegel in der Kokille stattfindet Es 15 wurdt die Makrostruktur der hergestellten Stränge der Chargen 1 bis 4 im Querschnitt untersucht Es zeigte sich, daß die ό mm starke fehlerfreie Verfestigungsschicht einheitlich um die gesamte Oberfläche der Stränge sämtlicher Chargen 1 bis 4 gebildet wurde.

Die Stränge in Form von Brammen, die aus den Chargen 1 bis 4 hergestellt wurden, wurden erneut erhitzt und nach einem üblichen Verfahren warmgewalzt Einige der Stränge wurden anschließend nach einem üblichen 20 Verfahren, kaitgewaizt. Auf jedem der derart gewalzten Endprodukte warcii keine Ober fiäeiieniehier festzustellen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen eines desoxädierten rechteckigen Stahlstranges bei Verwendung eines Gießpulvers auf dem Badspiegel und eines in die Stranggießkokille reichenden Tauchrohres, bei dem die zu vergießende Stahlschmelze eine Konzentration von freiem Sauerstoff im Bereich von 50—200 ppm aufweist und bei dem die Stahlschmelze in der Stranggießkokille horizontal entlang beider Kokillcnbreitseiten von elektromagnetischen Rührkräften beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze im oberen Kokillenbereich derart gerührt wird, daß dte Stahlschmelze nahe der Strangkruste mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1,0 m/sec fließt.

!0

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit 0,5 bis 0,8 m/

see beträgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Rührvorrichtung als Linearmotor (§') ausgebildet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (8, 8') innerhalb einer Kühleinrichtung jeweils entlang beider Breitseiten (9) der Stranggießkokille angebracht ist und femer die Zentren der Kerne des Linearmotors (8, 8') sich in der Nähe des Badspiegels (1) der Stranggießkokille befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren der Kerne 50 bis 200 mm unterhalb des Badspiegels (1) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten (10) der Stranggießkokille (7) mit einem Radius R derart gekrümmt sind, daß im Verhältnis zur Strangdicke i/gilt