DE3132569C2 - Verfahren zum Gießen von Stahlblöcken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Stahl, insbesondere Stahlblöcken für die anschließende Herstellung von Vorbrammen, Knüppeln, Blechen usw. in einem sich anschließenden Walzvorgang. Dabei wird eine flüssige Stahlmenge in eine metallische Gießform gegossen. Die Gießform ist von einem Mantel aus thermisch isolierendem Material umhüllt. Nach dem Wärmeausgleich werden die aufgrund der Isolierung noch heißen (über 1000 ° heißen) Stahlblöcke mit eigener Wärme ausgewalzt. Erfindungsgemäß werden für die Gießformen relativ dünnwandige Kokillen benutzt, deren Maße so auf die Erstarrungswärme der einzugießenden, flüssigen Stahlmenge abgestimmt ist, daß sich Gießform und eingegossene Stahlmenge nach dem Guß auf einer Temperatur von vorzugsweise oberhalb 1100 ° C, jedoch unterhalb der Liquidustemperatur der Gießform befinden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Stahlblöcken für die Herstellung von Vorbrammen, Knüppeln und Blechen in einem anschließenden Walzvorgang ohne Zwischenerwärmung, bei dem eine flüssige Stahlmenge in eine metallische Gießform gegossen wird, die von einem Mantel aus einem thermisch isolierenden Material umhüllt ist sowie auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Beim normalen Blockguß werden Kokillen verwandt, deren Masse (Gewicht) im wesentlichen der Masse des in sie einzugießenden flüssigen Stahls entspricht. Der eingegossene Stahlblock kühlt zunächst ab und muß, nach dem Strippen der Kokille, im Wärmeofen aufgeheizt, gleichmäßig temperiert und auf Walztemperatur gebracht werden. Dieses Wiederaufwärmen und Normalisieren erfordert Zeit, Energie und Arbeit

Aus der DE-OS 3109 589 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die flüssige Stahlmenge in eine der späteren Blockform entsprechende und aus einem feuerfesten Isoliermaterial hergestellte Form gegossen wird. Vorzugsweise ist in diese Form aus Isoliermaterial ein aus Stahlblechen hergestellter Kasten eingelegt, der mit der eingegossenen Stahlmenge verschweißt und die spätere Blockoberfläche bildet.

Das feuerfeste Isoliermaterial bewirkt dabei eine

thermische Abschirmung, die die in der flüssigen Stahlmenge enthaltene Wärmemenge speichert und gewährleistet, daß nur ein möglichst geringer Anteil dieser Wärme in der Zeiteinheit an die Außenwelt abgegeben wird. Die in der flüssigen Stahlmenge enthaltene Wärmemenge setzt sich im wesentlicuen zusammen aus der Oberhitzungswärme, der Erstarrungswärme und der Abküklungswärme des erstarrten Stahlblocks. Bei dem Verfahren nach der DE-OS [ 31 09 589 wird praktisch die gesamte, sich aus diesen [ drei Teilen zusammensetzende Wärmemenge der j flüssigen Stahlmenge in der Stahlmenge gehalten, da das Aufheizen des isolierenden Mantels und gegebenenfalls des Stahlblechkastens in, der Energiebilanz nur eine geringe Wärmemenge verschluckt Aufgrund der guten thermischen Isolierung kühft der Stahlblock zudem relativ langsam und damit homogen ab. Er kann somit nach Abstreifen der Form direkt und energiesparend ausgewalzt werden, ein Wiederaufwärmen vor dem Walzen ist nicht erforderlich.

Bei Verwendung von Stahlblechkästen fallen jedoch umfangreiche Arbeiten, die mit der Herstellung, Lagerhaltung, Vorbereitung für den Guß dieser Kästen verbunden sind. Verwendet man dagegen keine* in die feuerfeste Gießform eingebrachten .Stahlkästen, so erfordert die Vorbereitung der Form für jeden Guß relativ viel Zeit, da sich diese nach jedem Guß verändert und somit normalerweise ausgebessert werden muß.

Andererseits hat es sich herausgestellt, daß die in Gießformen mit sehr geringer thermischer Masse entsprechend der DE-OS 3109 589 hergestellten Stahlblöcke für relativ lange Zeit bei einer sehr hohen, oberhalb der Walztemperatur liegenden Zeit verbleiben, weil die Wärmeabgabe an die Umgebung aufgrund des isolierenden Mantels sehr gering ist Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, die Wärmeabgabe durch Berieseln des isolierenden Mantels durch Wasser oder dgl. zu beschleunigen. Diese Maßnahmen erfordern jedoch zusätzlichen Aufwand.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art ist es Aufgabe der Erfindung, unter Beibehaltung der Speicherung der Gießwärme in einem thermisch isolierenden Mantel das bekannte Gießverfahren dahingehend zu verbessern, daß die Herstellung der Gießform für jeden einzelnen Guß möglichst einfach ist.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die Masse (das Gewicht) der Gießform so auf die Erstarrungswärme der einzugießenden, flüssigen Stahlmenge abgestimmt ist, daß sich die Gießform bei Aufnahme der Erstarrungswärme der Stahlmenge stark, vorzugsweise oberhalb 1100° C, jedoch unterhalb ihrer Liquidustemperatur erwärmt

Die Erfindung ermöglicht eine ideale Kombination von einerseits wiedsrverwendbaren Gießformen und andererseits dennoch einer optimalen Ausnutzung der Gießwärme für den anschließenden Walzvorgang. Entscheidend ist dabei die Erkenntnis, daß die Erstarrungswärme aus der flüssigen Stahlmenge herausgezogen wird und von der Gießform aufgenommen wird. Hierdurch erhält die aus Gießform (Kokille) und eingegossener Stahlmenge sich zusammensetzende heiße Masse eine Gesamttemperatur in Nähe der Walztemperatur und kann somit nach kürzerer Abkühlungszeit ausgewalzt werden, als dies beim Verfahren nach der schon erwähnten DE-OS 31 09 589 der Fall ist, weil bei diesem bekannten Verfahren die Erstarrungswärme nicht von der Gießform aufgenommen wird, sondern vielmehr in die _: Umgebung abgegeben werden muß. Die Erfindung ermöglicht somit eine deutliche Zeitersparnis.

Im Vergleich zu dem Verfahren nach der DE-OS 3109 589 wird für den Fall der Verwendung von Stahlblechkästen die Herstellung, Vorbereitung für den Guß und Lagerhaltung dieser Stahlblechkästen eingespart Für den Fall einer Form aus ff-Material ohne derartigen, mit dem eingegossenen Stahlblock ver-

schmelzenden Stahlblechkasten entfallen die Vorbereitungsarbeiten für die Form- der Umlauf von ff-Material usw. Der Isoliermantel der Gießform nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Vergleich zum Verfahren nach der DE-OS 31 09 589 weniger stark

.15 belastet und kann als dauerhafter Mantel ausgeführt sein.

Im Vergleich zum herkömmlichen Kokillenguß (siehe z. B. »The making, shaping and treating of steel«, USS, 1964, S. 465) ist das Gewicht der Gießform geringer, etwa nur ein Viertel einer herkömmlichen Kokille. Hierdurch wird Material und En<u*gie eingespart Weiterhin treten wesentlich weniger Sf.annungsrisse auf. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit einerseits die Beibehaltung der normalen Technologie des Kokillengusses, erleichtert aber andererseits die Arbeit mit der Kokille aufgrund geringeren Gewichts und somit geringerer Anforderung an die Stripperkräne, bessere Handhabbarkeit und verbesserter thermischer Belastung der Kokillen, die aufgrund des thermisch isolierenden Mantels eine relativ homogene Temperaturverteilung annehmen.

Beim Guß kann die Pfannenauslauftemperatur recht niedrig gehalten werden, da der Guß nicht viel Zeit in Anspruch nimmt und zudem relativ große Blöcke gegossen werden können.

Der wärmedämmende Mantel ist entweder mit der Kokille fest verbunden oder ist ein eigenstabiler, eventuell durch eine äußere Metallform getragener Mantel, der die erfindungsgemäße, als dünnwandige Kokille ausgebildete Gießform umschließt. In beiden Fällen wird der wärmedämmende Mantel nach dem Guß erst kurz vor Beginn des Walzvorgangs entfernt, um die thermische Isolierung und den Wärmeausgleich innerhalb des Stahlblocks möglichst lange aufrechterhalten zu können. Die Gießform kann in bekannter Weise gestrippt werden. Dadurch läßt sich thermische Energie einsparen, der erstarrte Stahlblock kann bei der höchstmöglichen Walztemperatur ohne zusätzliche Erwärmungsschritte ausgewalzt werden.

⁵⁽¹ Wenn nach dem Guß die als Gießform verwendete Kokille die Erstarrungswärme des eingegossenen Stahls aufgenommen hat, nimmt diese Gießform relativ hohe Temperaturen an. Damit sind jedoch die statischen Fesf «gkviiswerte der Gießform nicht mehr gegeben, sie kann also den ferrostatischen Druck der eingegossenen Stahlschmelze, die nur außen erstarrt ist, ire Inneren aber noch flüssig ist, während des nun stattfindenden Wärmeausgleichs nicht allein aufnehmen. Der ferrostatische Druck wild jedoch vom wärmedämmenden Mantel aufgenommen, der ein Ausbeulen der Gießform verhindert. Der wärmedämmende Mantel muß somit so ausgebildet sein, daß er den ferrostatischen Druck aufnehmen kann, vorzugsweise wird er durch eine Außenform, die beispielsweise als Metallmantel ausgebildet ist, abgestützt. Der Isoliermantel hat somit neben seiner Funktion als thermischer Isolator die zusätzliche Aufgabe, die Gießform nach außen hin abzustützen.
Die Schichtdicke des isolierenden Mantels ist so

gewählt, daß ein guter Temperaturausgleich innerhalb des gegossenen Stahlblocks erzielt wird. Sie ist weiterhin entsprechend den Möglichkeiten des Werks so dick ausgebildet, daß die höchstmögliche Walztemperatur so lange gehalten wird, wie es die Gegebenheiten des Werks erfordern. Muß der Walzvorgang beispielsweise auf einer entfernten Walzstraße durchgeführt werden, wird der Isoliermantel relativ dickwandig ausgeführt, um die Gießhitze auch während des Transports aufrechterhalten zu können. Hierin liegt ein besonderer Vorzug der Erfindung, der insbesondere für kleinere Werke von Bedeutung ist, die nicht über Walzkapazität für großformatige Stahlblöcke verfügen.

Der Fußbereich und der Kopfbereich der Gießform wird so, insbesondere wannenförmig oder prismatisch ausgebildet, daß die Verluste beim nachfolgenden Walzvorgang möglichst gering sind.

Der sich bildende Kopflunker wird durch eine oben •»»»r Aan flüssigen S^ie^e! des Stshiblocks 2ΐιί^σ?!?^σ?? Platte oxidationsdicht abgeschlossen und läßt sich beim anschließenden Walzvorgang schließen.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtungen werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele erläutert und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine mit einem Isoliermantel fest verbundene Kokille einschließlich Greifteil des Stripperkran, und

Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Kokille mit separatem Mantel.

In F i g. 1 ist eine relativ dünnwandige Gießform !,die als Kokille mit einer Wandstärke von etwa 8 cm ausgebildet ist, gezeigt. Sie erweitert sich zu ihrem unteren Ende hin mit einem Konuswinkel von 4° und hat damit etwa die doppelte Konizität der üblicherweise verwendeten, wesentlich dickeren (etwa viermal schwereren) Normalkokillen. Sie ist auf eine gleich starke Basisplatte 2 aufgesetzt, die jedoch, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 zeigt, nicht erforderlich ist. Die Basisplatte wiederum ist auf eine wesentlich größere Bodenplatte 3 aufgesetzt, die ein Teil des isolierenden Mantels nach der Erfindung darstellt und die Wärmeabgabe nach unten verhindert. Diese Bodenplatte 3 wiederum befindet sich auf einem Wagen 4, der auf einem Gleis 5 rechtwinklig zur Zeichenebene verschoben werden kann, letztere Teile sind an sich bekannt

Mit der als Kokille ausgebildeten Gießform 1 ist ein relativ dickwandiger Seitenmantel 6 fest verbunden. Er hat in seinem -interen Bereich eine Aussparung 7 für die Bodenplatte 3 und von oben her zugängliche Öffnungen 8, in die jeweils ein Zangenarm 9 einer Zange 10 eines (hier nicht dargestellten) Stripperkranes eingreifen kann. Die öffnungen 8 bleiben bis zum Strippvorgang frei von Material, da der obere, verstärkte Kragen der Gießform 1 eine genügend statische Abstützung gegen den ferrostatischen Druck liefert

Vor dem Strippvorgang, der in F i g. 1 dargestellt ist wurde bereits eine obere Abdeckung 11 entfernt Die Bodenplatte 3, der Seitenmantel 6 und diese Abdeckung 11 bilden zusammen den isolierenden Mantel. Dabei ist die Wandstärke der oberen Abdeckung 11 etwas größer als die Wandstärke der beiden anderen Teile 3, 6 des isolierenden Mantels, um den Wärmeverlust nach oben hin kleiner zu halten als zur Seite und nach unten.

Der Seitenmantel 6 ist unter Berücksichtigung zweier

Kriterien aufgebaut worden: erstens muß er ein thermischer Isolator mit ausreichender Feuerfestigkeit und ausreichenden Isolationseigenschaften sein, zweitens aber hat er auch einen Teil des ferrostatischen Drucks aufzunehmen. Nach dem Eingießen eines Stahlblocks in die Gießform 1 wird die Gießform I relativ hoch aufgeheizt. Der Stahlblock erstarrt in seinen, an der Gießform 1 anliegenden Randbereichen, bleibt jedoch im Kernbereich flüssig. Dieser flüssige

ίο Kernbereich gibt im anschließenden Wärmeausgleichsprozeß seine Erstarrungswärme nach außen hin, auch an die Gießform I, ab. Diese wird, weil sie durch den Seitenmantel 6 thermisch isoliert ist, weiter aufgeheizt und kann Temperaturen annehmen, bei denen sie nicht mehr den ferrostatischen Druck ohne eigene Deformation aufnehmen kann. Deshalb ist der Mantel 6 so ausgeführt, daß er den anfallenden ferrostatischen Druck seinerseits aufnimmt. Der Außenmantel des Seitenmantels 6 ist beispielsweise aus mehreren Lagen Asbestschnur gefertigt, die schraubenlinienförmig in dicht aneinanderliegenden Wicklungen aufgebracht sind und dadurch ein Ausbeulen der Gießform 1 nach außen hin verhindern.

Beim Strippvorgang wird der Stahlblock 12 in

bekannter Weise mittels eines Preßstempels 13 in

Richtung der Basisplatte 2 gedrückt, während die Zangenarme 9 die Gießform 1 zusammen mit dem Seifinmantel 6 nach oben heben. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach F i g. I

JO ist der Seitenmantel 6 im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 nicht mit der Gießform 1 fest verbunden, vielmehr befindet sich zwischen der Gießform 1 und dem formsteifen Seitenmantel 6 ein weiterer Teil des Seitenmantels 6 in Form einer dünnen Schicht 14 aus einem rieselfähigen ff-Material, z. B. Sand. Weiterhin ist die Basisplatte 2 entfallen. Schließlich ist der Seitenmantel 6 nicht mehr so ausgebildet, daß er selbst den anfallenden ferrostatischen Druck aufnehmen kann, sondern diese Aufgabe wird durch einen Metallmantel 15 übernommen, der den Seitenmantel 6 außen umgibt und mit ihm zusammen eine transportfähige, wiederverwendbare Einheit bildet. Zugleich schützt er das Material des Seitenmantels 6 gegen mechanische Beschädigungen. Er ist, um das Material des Seitenman-

tels 6 besser halten zu können, unter L-förmig umgebogen. Schließlich hat er oben ösen 16, die zum Heben des Metallmantels 15 samt daran befestigtem Seitenmantel 6 dienen.

Die Bodenplatte 3 ist von einer Metallwanne 18

umschlossen, die einen nach oben vorstehenden Kragen 19 hat, weicherden Metallmantel 15 außen übe greift

In Fig.2 ist der Zeitpunkt nach Beendigung des Gießens und kurz vor dem Aufsetzen der Abdeckung 11 gezeigt In der Gießform befindet sich der noch flüssige %

Stahlblock 12, auf den oben eine Platte 17 von ca. 2 bis Ά 5 mm Stahlblech aufgelegt ist Diese verschweißt mit ; dem Material des Stahlblocks in bekannter Weise (siehe DE-OS 31 09 589). -J

Nach dem Wärmeausgleich wird, kurz vor Beginn des -

Walzvorgangs, zunächst unter Zuhilfenahme der ösen 16 der Metallmantel 15 mit dem an ihm befestigten £ Seitenmantel 6 nach oben abgezogen, die Schicht 14 f; rieselt dabei nach unten und wird von der Wanne 18, insbesondere dem Kragen 19 aufgefangen. Zurück />j bleibt die Gießform 1, die nun nach herkömmlichen Ai bekannten Methoden gestrippt werden kann. ;5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von Stahlblöcken für die Herstellung von Vorbrammen, Knüppeln und Blechen in einem anschließenden Walzvorgang ohne Zwischenerwärmung, bei dem eine flüssige Stahlmenge in eine metallische Gießform gegossen wird, die von einem Mantel aus einem thermisch isolierenden Material umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (das Gewicht) >° der Gießform so auf die Erstarrungswärme der einzugießenden, flüssigen Stahlmenge abgestimmt ist, daß sich die Gießform bei Aufnahme der Erstarrungswärme der Stahlmenge stark, vorzugsweise oberhalb 1100⁰C jedoch unterhalb ihrer '·$ Liquidustemperatur erwärmt'

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießform eine relativ dünnwandige Kokille verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Sfahimenge beim Eingießen in die Gießform eine nur wenig oberhalb der Liquidustemperatur des verwendeten Stahls liegende Temperatur hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmedämmende Mantel erst kurz vor Beginn des Walzvorgangs entfernt und die Gießform gegebenenfalls zugleich mit dem Mantel vom erstarrten Block abgezogen werden.

5. Verehren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die gesamte Schichtdicke cfes isolierenden Mantels zwischen 5 und 40% der größten Querschrattsab-'qessung des Stahlblocks beträgt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Mantel fest mit der Kokille verbunden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform in eine größere, insbesondere metallische Form eingesetzt wird und daß der den Mantel bildende Abstand zwischen dem Boden dieser Form und dem Boden der Gießform sowie zwischen den Seitenwänden der beiden Formen zumindest teilweise aus rieselfähigern Sand, Schlackensand, Schamotte, Tonerde

o. dgl. besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke und die Wahl des Materials des isolierenden Mantels ^Μ ausgehend von den Werten der spezifischen Wärmeleitung und der Wärmekapazität des für den Mantel verwendeten Materials allseitigen, gleichmäßigen und möglichst geringen Wärmeabfuhr angepaßt wird, um den Bereich der üblichen Walztempe- ratur zwischen 1350 und 1000°C langfristig halten und zielsicher einstellen zu können.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Gießform wannenförmig ausgebildet wird, um dem Stahlblock im Fußbereich eine für das Fußausbringen günstige Prismenstumpfform zu geben.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Gießform eine prismatische Haube aufgesetzt wird, um den Kopfschrottanteil möglichst gering zu halten.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Gießen auf den flüssigen Spiegel des Stahlblocks eine metallisch blanke, vorzugsweise auf ihrer Unterseite mit einem hochfeuerfesten Gießlack überzogene, etwa 5 bis 30 mm dicke Platte gelegt wird, die soweit in den flüssigen Spiegel eintaucht, daß allseitig zwischen der Platte und den Seitenwänden der Gießform eine geringe Menge der Stahlschmelze emporquillt und somit die Platte randseitig abdichtend verschweißt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Gießform vor dem Eingießen des flüssigen Stahls innenseitig mit einem ein Anschweißen des eingegossenen Stahls an die Gießform verhindernden Treibmittel bedeckt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Gießform (1), die randseitig mit einem Seitenmantel (6) aus einem thermisch isolierenden Material fest verbunden ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenmantel (6) öffnungen (8) für das Eingreifen von Zangenarmen (9) eines Stripperkran hat

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß Gießform (1) und Seitenmantel (6) getrennt handhabbare Einheiten sind, die im zusammengebauten Zustand voneinander durch einen Luftspalt (14) separiert sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß der Seitenmantel (6) von einem Metallmantel (15) umgeben ist der zum Tragen dienende ösen (16) aufweist

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet daß die Konizität der Gießform (1) größer als 3° ist und vorzugsweise 4° beträgt