DE3137119C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl - Google Patents

Abstract

Bei einem derartigen Verfahren zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, fließt das flüssige Gießmetall in einen ungekühlten Vorratsbehälter (1) und von dort durch eine Verkleinerung (10) des Durchflußquerschnitts in eine gekühlte Stranggieß-Horizontalkokille (3) und wird der einen ringkrustenförmigen Erstarrungsbereich (11) aufweisende Gußstrang (4) intermittierend aus der Horizontalkokille (3) gezogen. Um die beim kontinuierlichen Ausziehen des Gußstranges aus der Horizontalkokille entstehenden unsauberen, ungleichmäßigen und mit Rissen behafteten Oberflächen zu vermeiden, nämlich insbesondere das beim Rückstoß des Gußstranges unzureichende Verschweißen der nacheinander gebildeten Schalen zu verbessern, auf denen Oberflächenrisse beruhen, und um im übrigen die Leistung an ausgebrachtem Stranggußmaterial zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß auf das Flüssigmetall (1a) innerhalb des Vorratsbehälters (1) und/oder auf das Flüssigmetall (1a) bzw. auf den Flüssigkern (4a) innerhalb der Horizontalkokille (3) zusätzlich zu den intermittierenden Ausziehbewegungen des Gußstranges (4) stoßartige Impulse in Strangausziehrichtung übertragen werden. Zur Durchführung des Verfahrens werden Vorrichtungen mit zwei verschiedenen Bauweisen vorgeschlagen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung besonders vorteilhafte Vorrichtung so zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Schmelze aus einem ungekühlten Schmelzenbehälter und von dort durch eine Verkleinerung des Durchflußquerschnitts in eine gekühlte, horizontale Stranggießkokille geleitet und der einen ringkrustenförmigen Erstarrungsbereich aufweisende Gußstrang intermittierend aus der horizontalen Stranggießkokille gezogen wird.

Das Horizontalstranggießen bietet Vorteile insbesondere in den Investitions-, Betriebs- und Personalkosten &o sowie im metallurgischen Bereich. In der Verfahrenstechnik sind insbesondere der geringe hydrostatische Druck, eine fehlende Strangbiegung sowie eine günstigere Sekundärkühlung von Bedeutung, wobei die Gießleistung gegenüber Senkrecht- bzw. Bogengießverfahren praktisch gleich groß ist. Die für Metalle mit steigenden Gießtemperaturen spezifischen Probleme liegen überwiegend im Bereich der horizontalen Stranggießkokille. Merkmale der Stranggießkokille einschließlich Oszfllationsbewegungen sind vom Vertikal- bzw. Bogengießen auf das Horiiontalstranggießen nur schwerlich übertragbar. Die ersten Gießversuche zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, scheiterten größtenteils an der zur Verfügimg stehenden geringen Werkstoffauswahl für die horizontale Stranggießkokille und Feuerfestmaterialien (für den Obergang in die Stranggießkokille), um wärmetechnisch eine einwandfreie Steuerung der Schalenbildung, Verhinderung der Klebeneigung und Ersatz für die Funktion der Oszillation zu finden.

Beim kontinuierlichen Ausziehen des Gußstranges aus der horizontalen Stranggießkokille entstehen unsaubere, ungleichmäßige und mit Rissen behaftete Oberflächen. Die ohne Schmierung arbeitende, horizontale Stranggießkokille bildet am Kokillenanfang (Kontaktteil zum Verteiler) unkontrolliert Schalen, die bis zurück in den Feuerfestteil reichen können. Die momentan anhaftenden, dünnen Schalen werden sporadisch abgerissen, von der Wand teilweise durch Kontraktion wieder abgelöst und nur zum Teil wieder ordnungsgemäß verschweißt Einsetzende Wärmespannungen vertiefen diese Risse, was bei schlechter Wärmeabführung zur Aufschmelzun,g der Schale und an Rißstellen zum Durchbruch, insbesondere am Kokillenaustritt, führen kann.

Das Horizontalstranggießen von Stahl wird insbesondere im Hinblick auf die Hersteilung von nahtlosen Röhren, hochlegierten Stählen sowie von Qualitäts- und Edelstahlen ange»2rebt und verlangt deshalb entsprechende fehlerfreie Vormaterialien.

Es ist bekannt (DE-PS 20 58 051), den Gußstrang aus einer ortsfesten, starren horizontalen Stranggießkokille zyklisch herauszuziehen. Als Stirnfläche auf der Eingußseite der horizontalen Stranggießkokille dient eine Verkleinerung des Durchflußquerschnitts von dem ungekühlten Vorratsbehälter in die gekühlte Stranggießkokille. Beim Ausziehen bilden sich an der Außenhaut des Stranges eine sogenannte »Kaltschweißstelle« und eine sogenannte »heiße Zone«. Die »Kaltschweißstelle« rührt von der zyklischen Schrittfolge und dem Ort des ursprünglichen Anliegens der erstarrten Schicht an der Verkleinerung des Durchflußquerschnitts. Die »heiße Zone« bezeichnet bei bestimmter Zeit das örtliche Minimum der Strangschalendicke und markiert den Erstarrungsbeginn in radialer Richtung an jeder Stelle der Strangaußenhaut Beim Ausziehen wandert die »heiße Zone« in gleichbleibendem Abstand von der »Kaltschweiülstelle« parallel mit dieser in Gießrichtung. Bei kontinuierlichem Ausziehen würde die »heiße Zone« bis zum Ende der horizontalen Stranggießkokille wandern und dom einen Durchbruch des Gußstranges bewirken. Dieser Vorgang würde daher ein störungsfreies Gießen verhindern. In bekannter Weise werden beim Ausziehprozeß Pausen eingelegt, um Zeit für sine Kristallisation und eine weitere Abkühlung in der »heißen Zone« zu geben. Intermittierendes Ausziehen allein vermeidet jedoch das Auftreten von Heißrissen in der »heißen Zone« während oder nach Ende der Ziehpausen nicht. Aus diesem Grund wird das Verfahren zyklisch geführt, indem eine Zugphase und eine Druckphase einander abwechseln. Während der Druckphase kann die »heiße Zone« weiter abkühlen. Durch eine Optimierung dieses Kraft-Weg-Zeit-Vorganges wird die Entstehung von Rissen an der »Kaltschweißstelle« und an der »heißen Zone« vermieden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Rückstoß des Gußstrangs beim Ausziehen nur ein unzureichendes Verschweißen der nacheinander gebildeten Schalen bewirkt, das Oberflächenrisse zur Folge hat. Derartige Oberfläehenrisse, die innerhalb der horizontalen Stranggießkokille entstehen, bedeuten zumindest eine Qualitätsminderung des Produkts, wenn damit nicht eine geringere Produktionsleistung berbunden ist oder gar eine Unterbrechung des Gießverfahrens auftreten solL Vor allem bei größer werdenden Querschnitten und entsprechend wachsender Länge eines Strangabschnitts erweist sich die Rückstoßsteuemng als sehr ungenau. Das wachsende Gewicht (Abstand der horizontalen Stranggießkokille von der Ausziehmaschine) und eine relativ geringe Strangabkühlung (dünne Strangschale im Verhältnis zum Gewicht) erschweren zudem die Rückstoßsteuerung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein besseres Verschweißen der nacheinander gebildeten Schalen zu bewirken, damit die Oberfläehenrisse des ^M Gußstranges zu vermeiden und im übrigen die Leistung ar. ausgebrachtem Stranggußmaterial zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird allgemein dadurry* gelöst, daß auf die Schmelze vor der Erstarrung bzw. auf den Flüssigkern zusätzlich zu den intermittierenden Aus- & ziehbewegungen des Gußstrangs stoßartige Impulse in Strangausziehrichtung übertragen werden. !Dadurch wird das Verschweißen der Schalen verbessert, die Oberfläehenrisse werden vermieden und das Ausbringen an Stranggußmaterial wird erhöht

Eine alternative Maßnahme besteht darin, daß die horizontale Stranggießkokille neben bzw. zusätzlich stoßartig auf einem Weg von ca. 0,5 bis 5 mm in Stranglaufrichtung bewegt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in steuerungstechnisch enveiterten Möglichkeiten, um einen höheren Einfluß auf die Produktqualität bzw. Oberflächenqualität auszuüben, was vor allem bei schwer gießbaren Metallen, wie z. B. Stahl, von großer Bedeutung ist. Die bisher nur nacheinander ablaufenden, durch die Ausziehmaschine ausgeführten .Bewegungen können somit durch Bewegungen der horizontalen Stranggießkokille überlagert werden, so daß zwischen »Rückstößen« der Ausziehmaschine die »Vorstöße« der horizontalen Stranggießkokille zu liegen kommen oder daß die Bewegungen der Ausziehmaschine mit den Bewegungen der horizontalen Stranggießkokille sich überlagernd ausgeführt werden können.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die horizontale Stranggießkokille zwischen der stoßartigen Bewegung in Stranglaufriehtung und der Rückbewegung in Ruhe gehalten wird. In einer derartigen Stoppzeit kann innerhalb der horizontalen Stranggießkokille der Schmelze vorübergehend mehr Wärme entzogen werden, so daß die Strangschalenbildung intensiver fortschreitet.

Nach weiteren Erfindungsmerkmalen ist daher vorgesehen, daß die Bewegungen der horizontalen Stranggießkokille außerhalb der Ausziehbewegungen des Gußstranges ausgeführt werden.

Für die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens naeh der weiteren Erfindung •jwei grundsätzliche Bauweisen vorgeschlagen. Die eine Bauweise besteht darin, daß eine Stoßimpulse erzeugende Vorrichtung mit Wirkungsrichtung auf den Flüssigkern in der horizontalen Stranggießkokille bei unbeweglichem Schmelzenbehälter und unbeweglicher horizontaler Stranggießkokille vorgesehen sind.

Die andere Bauweise besteht daring daß der Schmelzenbehäher and die horizontale SStmacggießkokille eine horizontal niittefe. eines Gecadschufiantriebs bewegbare Einheit bHäet-

Ausfuhrungiibpfete der Erfindung sndi in. der Zeichnung dargestellt and wesrfen. im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig.1 ein Diagramm, das die Bewtegmg dies Stranges durch die Arecrälnmasrtmw and de Bewegung der horizontalen Stranggießkokille msanmtm ηΑ dem Schmeizbehäher in Abhängigkeit der Gescftwnic%fceit in Gießrichtung wiedergibt,

Fig.2 einen senkrechten Querschnitt darcfe die erfindungsgemäße Vorrichtung nod

Fig.3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit bei »A« gemäß Fig. 2,

Fig.4 eine alternative Ausföhrungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren.

Mit »a« ist die Bewegung des Gußstrangs durch die Ausziehmaschine dargestellt, wobei eine vorgewählte Geschwindigkeit in Gießrichtung aufrechterhalten wird. Das Geschwindigkeitsdiagramm für die Bewegung des Strangs durch die Ausziehmaschine stellt sich daher trapezförmig dar. Nach der mit »tfe bezeichneten Stoppzeit erfolgt eine Bewegung der horizontalen Stranggießkokille im Zeitabschnitt »Zxc, danach wiederum ein Zeitabschnitt »«<, in dem wiederum die horizontale Stranggießkokille stillsteht Anschließend erfolgt eine Bewegung der horizontalen Stranggießkokille entgegen der Gießrichtung innerhalb des Zeitabschnittes »«<, an den unmittelbar wiederum eine neue Bewegung »a« des Stranges durch die Ausziehmaschine in Gießrichtung folgt Es ist selbstverständlich möglich, die Bewegungsabschnitte »a« und »fm ineinander zu verlegen, wobei jedoch d:e Geschwindigkeit der horizontalen Stranggießkokille gegenüber der Geschwindigkeit der Ausziehmaschine jeweils kleiner anzusetzen ist Dieser Geschwindigkeitsunterschied ist im Diagramm der F i g. 1 mit»/« bezeichnet

In den Zeitabschnitten d, b, e und c (Summe) wächst die Strangschale innerhalb der horizontalen Stranggießkokille. Dessen ungeachtet ist es möglich, Die Bewegungsabschnitte b und c ohne Störung des Strangschalenwachstums auszuführen. Von erheblicher Bedeutung ist in diesen Verfahrensabschnitten, das Abkühlen der Schmelze innerhalb der horizontalen Stranggießkokille unter dem entstehenden Druck, der durch die Bewegung der horizontalen Stranggießkokille innerhalb des Zeitabschnittes b (in Gießrichtung) ausgeübt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den F i g. 2 und 3 zeigt einen Schmelzenbehäher 1, der mit Schmelze la ständig teilweise gefüllt bleibt, so daß ein Niveau \b entsteht, das über den höchsten Punkt am Umfang des Einlaufquerschnitts bei Ic reicht Der Schmelzenbehäher 1 ist mit einer Feuerfestauskleidung 2 versehen, d.h. nicht gekühlt. Die horizontale Stranggießkokille 3 bildet zusammen mit dem Schmelzenbehälter 1 eine Einheit und ist daher (wie weiter nicht gezeigt ist) mit einer Flanschplatte oder ähnlichem leicht demontierbar am Sehmelzenbehälter 1 befestigt. Der Gußstrang 4 weist beim Austritt aus der horizontalen Stranggießkokille 3 einen flüssigen Kern 4a auf, der von der Strangschale 5 umgeben ist und gestützt wird. Die gesamte Einheit, Sehmelzenbehälter 1 und horizontale Stranggießkokille 3 befindet sich auf Gleitlagern 6 und ist mittels des Geradschubantriebs,

bestehend aus dem Zylinder 7 und dem Kolben bzw. der Kolbenstange 8 an das Kolbenpleuel 9 angehängt.

Der Schmelzenbehälter 1 wird selbstverständlich mit der genngstmögfichen tragen Masse ausgeführt, so daß dieser äußerst niedrig ausfallen kann. Auch kann die Feuerfcstauskleidung 2 m den nicht von der Schmelze la benetzten Bereichen weitaus dünner ausgeführt werden. Sofern jedoch überhaupt auf die Bewegung der horizontalen Stranggießkokille zusammen mit dem Schmelzenbehäher 1 verzichtet werden soll, ist vorgesehen, auf die Schmelze la innerhalb des Schmctzenbehälters 1 und/oder auf die Schmelze la bzw. auf den Flüssigkern Aa innerhalb der horizontalen Stranggießkokille 3 zusätzlich zu den intermittierenden Ausziehbewegungen des Gußstrangs 4 stoßartige Impulse in Strangausziehrichtung mittels der nachfolgend noch beschriebenen Einrichtung gemäß F i g. 4 zu übertragen.

Zwischen dem Schmelzenbehälter 1 und der horizontalen SuäiiggieSkükiiie 3 befindei sich eine Verkleinerung des Durchflußquerschnitts in Form eines Ringes 10 aus feuerfesten Materialien, der (Fig.3) mit einer konischen Abreißkante 10a versehen ist Innerhalb der horizontalen Stranggießkokille 3, die zwangsgekühlt ist im Gegensatz zum Schmelzenbehälter 1, erstarrt die Schmelze ta zu ringkrustenförmigen Bereichen 11, was insbesondere durch den stoßartigen Impuls auf die Schmelze la zustandekommt, weil nach der Arbeitsweise der Erfindung heiße Bereiche, in denen nur minimale Abkühlung erfolgt, vermieden werden. Das Strangschalenwachstum schreitet daher mehr gleichmäßig fort, so daß sich der gewünschte keilförmige Verlauf 12 der Abkühlung wie in F i g. 3 gezeichnet einstellt. Dieses Verfahren kann gemäß Fig.4 auch derart

ίο durchgeführt werden, daß innerhalb des Schmelzenbehälters 1 an das Kolbenpleuel 9 eine Wandsektion 13 angeschlossen ist und mittels des Kolbens bzw. der Kolbenstange 8 entsprechend dem Diagramm aus F i g. 1 Stöße auf die Schmelze la ausgeübt werden. Um

is Dichtungs- und andere Probleme beim Vergießen von Schmelzen in höheren Temperaturbereichen zu vermeiden, kann die Wandsektion 13 auch von oben an eine Betätigungsmechanik angeschlossen sein. Es ist z. B. auch möglich, Schwingungen, die Stöße bewirken, auf

2Q dem Weg über Ultraschal!-Einrichtungen oder elektroinduktiv zu erzeugen. Der so erzeugte Gußstrang 4 wird auf den Ausförderrollen 14 transportiert. Die in Stranglaufrichtung nachfolgende (bekannte) Ausziehmaschine ist nicht gezeichnet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ig Patentansprüche:

1. Verfahren sonn HorizontalseanggieBen von Metallen, insbesoedere von Stahl, bei dem die Schmelze aas einein ungekühlten Schmelzenbehälter nnd wm dort durch eine Verkleinerung des DurchBdBgaerscnnitis in eine gekühlte, horizontale StraqggieSkDiinfle geJeäet nnd der einen ringkrustenfönnigen SrstarrangsbeFskh aufweisende GuB-strang internnttierend aus der horizontalen Stranggjeßkokäe gezogen vkd, dadurch gekennzeichnet, daB auf die Schmelze {la) vor deren Erstarrung bzw. auf den Flüssigkern (4a) zusätzlich zu den intennitöerenden Ansziehbewegungen des '5 Gußstranges (4) stoßartige Impulse in Strangausziefaricbtniig übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die horizontale Stranggießkokille (3) zusätzlich stoßartig auf einem Weg von 0,5 bis 5 nun » in Strangaasziehrichtung bewegt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Stranggießkokille (3) zwischen der stoßartigen Bewegung in Stranglaufrichtung und der Rückbewegung in Ruhe gehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der horizontalen Stranggießkokille (3) außerhalb der Ausziehbewegungen des Gußstranges (4) ausgeführt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stoßinipulse erzeugende Voß"£htung mit Wirkungsrichtung auf den Flüssigkern (4a) in der horizontalen Stranggießkokille (3) bei unh* veglichem Schmelzenbehälter (1) und unbeweglicher horizontaler Stranggießkokille (3) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenbehälter (1) und die horizontale Stranggießkokille (3) eine horizontal mittels eines Geradschubantriebs (7, 8) bewegbare Einheit bildet