DE3332349C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Horizontalstranggießen von Metallen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere Stahl, namentlich Edelstahl, bestehend aus einer gekühlten Horizontalstanggußkokille, der aus einem flüssiges Metall enthaltenden Behälter mittels Überdruck im Behälter oder elektromagnetischer Förderung über ein Steigrohr und ein die Verbindung zwischen Steigrohr und Kokille bildendes Einlaufmundstück das Metall zugeführt wird, sowie aus einer hinter der Kokille angeordneten Strangabzugseinrichtung. Erfindungsgemäß bilden Kokille, Mundstück und Steigrohr eine über einen Antrieb in Kokillenlängsrichtung oszillierbare starre Einheit. Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung mit bestimmter Oszillationsfrequenz und -amplitude sowie Strangabzugsgeschwindigkeit.

Description

(0,0014 bis 0,07)
FQ

[ml

berechnet wird, wobei V_str3ng das ausgezogene Strangvolumen in m³/min, Fdie Frequenz der Oszillation pro min und Q den Kokillenquerschnitt in m² bedeuten.

6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub (H) der Oszillationsbewegung in Kokillenlängsrichtung nach der Formel

berechnet wird, wobei ν die Strangabzugsgeschwindigkeit in m/min und Fdie Frequenz der Oszillation pro min bedeuten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Horizontalstranggießen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.

Die gattungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand der US-PS 34 67 168. Sie besteht aus einer Horizontalstranggußkokille, der aus einem flüssiges Metall enthaltenden Behälter mittels Überdruck im Behälter oder elektromagnetischer Förderung über ein Steigrohr und ein die Verbindung zwischen Steigrohr und Kokille bildendes Einlaufmundstück das Metall zugeführt wird sowie hinter der Kokille angeordneten Treibrollen zum Ausziehen des in der Kokille erstarrten Stranges.
Eine solche Vorrichtung zum Gießen von Metallen weist gegenüber anderen kontinuierlichen Gießvorrichtungen, wie z. B. dem Vertikal-Straagguß, eine Reihe von Vorteilen auf, wie z. B. eine geringere Bauhöhe, Fehlen einer offenen Metallbadoberfläche ic der Kokil-Ie, gleichmäßigen metallostatischen Druck der flüssigen Schmelze auf die Kokillenwand. Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Gießen von Gußeisen und Nicht-Eisenmetallen.

Die Vorrichtung zum Horizontalstranggießen ist jedoch für Stähle nur bedingt geeignet

Das Abziehen des Stranges durch die hinter der Kokille befindlichen Treibrollen führt bei Stählen aufgrund der gegenüber Nicht-Eisenmetallen völlig verschiedenen Erstarrungsbedingungen leicht zu Rissen an der Strangoberfläche, die entweder ein Vergießen nach diesem Verfahren ganz unmöglich machen oder aber durch aufwendige nachgeschaltete Oberflächenbearbeitung beseitigt werden müssen. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, beim Vergießen von Stählen im Horizontaistranggußverfahren das sogenannte Pilgerschritt-Verfahren anzuwenden, bei dem vor jedem Abziehen des Stranges ein Rückstoß desselben erfolgt Bei Anwendung dieses Pilgerschritt-Verfahrens können einfache Stähle in dünnen Abmessungen einigermaßen fehlerfrei hergestellt werden. Höher legierte Edelstahle lassen sich mit diesem Verfahren jedoch nur unter Schwierigkeiten vergießen, da die Strangoberfläche regelmäßig Risse aufweist und dementsprechend nachbearbeitet werden muß. Zwar werden diese Probleme mit höher werdender Frequenz des Pilgerschrittes geringer. Einer höheren Frequenz sind aber dadurch, daß die gesamte Masse des noch nicht durcherstarrten Stranges bis zur ersten Schnittstelle gesteuert hin- und herbewegt werden muß, natürliche Grenzen gesetzt, weil die Strangmasse mit der dritten Poten? des Strangdurchmessers zunimmt Deshalb sind bisher brauchbare, im Horizontalstranggußverfahren vergossene Stähle nur im Abmessungsbereich bis etwa 115 mm Strangdurchmesser bekannt geworden.

Es ist auch schon durch die DE-PS 2 71 796 bekannt, bei einem Verfahren zum Horizontalstranggießen die Kokille auf einem gegenüber dem Metallbehälter festen oder beweglichen Zwischenstück zum Eingießen des Metalls hin- und herzubewegen. Dabei ergeben sich jedoch Probleme dadurch, daß beim Gießen Undichtigkeiten zwischen oszillierender Kokille und dem in sie hineinragenden Zwischenstück auftreten.

Es kommt dann an dieser Verbindungsstelle zu Metalldurchbrüchen und der Gießvorgang muß abgebrochen werden. Nach einem weiterem Vorschlag (DE-PS 21 07 777) wird die Kokille zusammen mit dem davor angeflanschten Stahlvorratsgefäß oszilliert. Auch diese Vorrichtung erfordert die Bewegung sehr großer Massen, die bestimmt sind durch das Stahlvorratsgefäß, dessen feuerfeste Zustellung, einer möglicherweise vorgesehenen Heizeinrichtung sowie dem zu vergießenden Inhalt des Vorratsgefäßes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Horizontalstranggießen der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß sie auch für das Vergießen von Stählen, insbesondere von höher legierten Edelstahlen, ohne daß am fertigen Strangprodukt Oberflächenrisse auftreten, geeignet

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene konstruktive Maßnahme, das in die zu vergießende Schmelze eintauchende Steigrohr über ein Mundstück mit der Kokille fest zu verbinden und die starre Einheit aus Steigrohr, Mundstück und Kokille über einen Antriebsmotor in Kokillenlängsrichtung zu oszillieren, werden folgende Vorteile erreicht

Das über das Steigrohr in die Kokille einfließende Meteil erstarrt an der Kokilleninnenwandung zu einer dünnen Strangschale, die sich in Richtung auf die Ausziehrolle immer weiter zu einem festen Strang verdickt

Durch die sich über die Strangschale osziüierend bewegende Kokille wird vermieden, daß die Strangschale an der Kokilleninnenwandung anklebt und auf diese Weise Oberflächenrisse entstehen. Da das am Anfang der Kokille in diese hineinragende oder plan mit der Kokillenstirnfläche abschneidende Mundstück fest mit der Kokilleninnenwandung verbunden ist wird zusätzlich ein Aufreißen der am Anfang der Kokillv sehr dünnen Strangschale dadurch verhindert daß eine periodische Kompression der neugebildeten Strangschale in Stranglängsrichtung durch die Stirnfläche des Mundstücks erfolgt, welches als Bestandteil der starren Einheit durch den oszillierenden Antrieb in Stranglängsrichtung hin- und herbewegt wird. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft daß das Mundstück an seinem kokillenseitigen Ende eine ebene ringförmige Stirnfläche aufweist. Um ein Ankleben von Metallen an der Stirnfläche des Mundstückes zu vermeiden, soll dieses vorzugsweise aus einem Werkstoff mit geringer Benetzbarkeit durch das zu vergießende Metall bestehen. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise Bornitrid, Siliziumnitrid, AIuminiumtitanat, Grafit. Zirkonoxid.

Sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Oszillation können unabhängig von der Masse des erstarrenden Stranges und unabhängig von der Masse des in die Kokille' infließenden Metalls in weitem Maße beliebig verstellt werden, wodurch eine Anpassung von Oszillations-Amplitude und Oszillations-Frequenz an die verschiedensten Werkstoffeigenschaften der zu vergießenden Metalle möglich wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion bietet den weiteren Vorteil, daß nur eine verhältnismäßig geringe Masse, nämlich die starre Einheit aus Steigrohr, Mundstück und Kokille oszillierend bewegt werden muß.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Einstellung der Oszillation ~ind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 6.

Bei Verbuchen nach de.- Erfindung wurde gefunden, daß die Frequenz der Oszillation im Bereich von 0,5 bis 30 Hz liegen soll, um eine genaue Einstellung für den jeweils zu vergießenden Stahl zu ermöglichen.

Bei unterschiedlichen Kokillendurchmessern muß die Strangabzugsgeschwindigkeit jeweils entsprechend angepaßt werden. Je größer der Kokillendurchmesser wird, um so geringer muß die StrangaDzugsgeschwindigkeit eingestellt werden, um den langsameren Wärrneäbfluß zu berücksichtigen und die Bildung einer ausreichend starken Strangschale sicherzustellen. Um in jedem Falle ein Festkleben der Strangschale an der Kokilleninnenwandung und Oberflächenrisse zu vermeiden, wird die Hublpnge (H)der Oszillationsbewegung in Kokillenlängsrichtung erfindungsgemäß nach der in Anspruch 5 enthaltenen Fo-Tnel festgelegt.

Da nach der in Anspruch 6 festgelegten Formel der Hublänge H direkt proportional der Strangabzugsgeschwindigkeit ν und umgekehrt proportional der Frequenz F der Oszillation ist kann unter Verbindung beider Formeln die Abzugsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Kokillenquerschnitt berechnet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Horizontalstranggießen, bei der das Metall aus einem unter Druck stehenden Behälter über das Steigrohr in die Kokille einfließt

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Horizontalstranggießen, bei der das zu vergießende Metall aus einem Behälter elektromagnetisch über ein Steigrohr in die Kokille gefördert wird.

Nach F i g. 1 ist in einem druckdichten Behälter 1 ein Vorratsgefäß 2 für das zu vergießende Metall 3 untergebracht In das Metall 3 taucht ein Steigrohr 4 ein. Dieses Steigrohr 4 ist über ein Zwischenstück 5 und ein Mundstück 6 fest mit einer Horizontalstfvnggießkokille 7 zu einer Einheit verbunden. Das Mundstück 6 ragt dabei etwas in den Anfang der Kokille 7 hinein. Die Einheit aus Steigrohr 4, Mundstück 6 und Kokille 7 kann mittels eines Oszillationsantriebs 8 in Schwingungen zur Kokillenlängsachse versetzt werden.

Das Steigrohr 4 ist über eine flexible Dichtung 13, weiche die Schwingungen der Einheit aufzunehmen gestattet, mit dem druckdichten Behälter 1 verbunden.

Zur optimalen Einstellung der benötigten Gießtemperatur kann das Vorratsgefäß 2 mit einer Induktionsheizung 12 versehen sein. Dadurch kann die Gießtemperatur über den gesamten Gießverlauf praktisch konstant gehalten werden. Der geschlossene Druckbehälter 1 macht es darüber hinaus möglich, als Druckgas beim Vergießen ein gegenüber dem zu vergießenden Metall inertes Gas einzusetzen, z. B. Argon, wodurch sich die Vorrichtung insgesamt auch hervorragend für das Vergießen von solchen Metallen eignet, die vorher im Vakuum erschmolzen wurden und während des Vergießeis nicht mehr mit einer reaktiven Atmosphäre in Berührung kommen dürfen.
Das Vergießen erfolgt über einen Druckgasanschluß 15, wobei der Druck über dem zu vergießenden Metall 3 im Inneren des Behälters 1 erhöht wird, so daß das Metall 3 im Steigrohr 4 hochsteigt und über das Mundstück 6 in die Kokille 7 gelangt. An der gekühlten Kokillenwand der Kokille 7 beginnt aie Erstarrung des Stranges 9, der anschließend kontinuierlich durch Treibrollen 10 aus der Kokille ausgezogen wird. Das Aufreißen der sehr dünnen Strangschale 14 am Anfang der Kokille wird durch Komprimieren der neugebildeten Strangschale 14 durch die Stirnfläche 11 des Zwischenstücks 6 vorgenommen, welches als Bestandteil der starren Einheit durch den Antrieb 8 in Kokillenlängvichtung hin- und herbewegt wird. Diese Ausführurgsform erlaubt unabhängig von der Masse des erstarrenden Stranges 9 und unabhängig von der Masse des zu vergießenden Metalls 3, sowoh' den Spitzenabstand H als auch die Frequenz Fder oszillierenden Schwingung beliebig einzustellen und auf diese Weise eine Anpassung von Oszülations-Amplitude und Oszillations-Frequenz an unterschiedliche Werkstoffeigenschaften des zu vergießenden Metalls zu erreichen.

Die erfindungsgeiijäße Vorrichtung nach F i g. 1 eignet sich insbesondere dafür, Metall aus Pfannen zu vergießen, die das in einem Schmelzofen erschmolzene Me-

tall enthalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach F i g. 1 macht es aber auch möglich, das Steigrohr direkt an einen Schmelzofen anzuschließen, wobei der Schmelzofen selbst in dem druckdichten Behälter eingesetzt ist.

In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hier wird aus einem offenen Schmelzenbehälter 1, der ein Metall 3 enthält, mittels einer außerhalb des Gefäßes 1 angebrachten elektromagnetischen Fördereinrichtung 16 to oder durch Druckbeaufschlagung über das Steigrohr 4 das Metall 3 in die Kokille 7 geleitet. Die Oszillation der Einheit aus Steigrohr 4, Mundstück 6 und Kokille 7 sowie das Ausziehen des Stranges 9 über die Ausziehrollen 10 erfolgt dabei in der gleichen Weise, wie vorste- hend unter F i g. 1 beschrieben. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß das oben offene Gefäß 1 über ein weiteres Gefäß 17 über ein Auslaufrohr 18 mit Metall 3 nachgefüllt werden kann. Dadurch ist es möglich, mehrere Metallschmelzen 3 über das Gefäß 17 kontinuierlich hintereinander in das Gefäß 1 zu entleeren und somit einen durchgehenden fertigen Strang zu erhalten, ohne daß der Gießvorgang nach jeweils einer Schmelze unterbrochen und für die nächste Schmelze von neuem begonnen werden muß.

F i g. 1 und 2 gehen davon aus, daß der Strang kontinuierlich mit gleichbleibender oder veränderbarer Geschwindigkeit ν durch Treibrollen ausgezogen wird. Es kann jedoch auch jede andere dem Fachmann vertraute Strangabzugseinrichtung Verwendung finden.

Die Beschreibung der Oszillation geht von einer sinusförmigen Bewegung aus die durch den Hub H und die Frequenz Fgekennzeichnet ist.

Die Oszillation darf jedoch auch von der Sinusform abweichen, sei es durch Störeinflüsse oder gewollt. Sie wird dann beschrieben durch den Hub H (Abstand zwischen Maximum und Minimum des sich wiederholenden Kurvenzuges, entsprechend doppelter Amplitude bei der Sinusform) und die Frequenz F.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Horizontalstranggießen von Metallen, insbesondere Stahl, namentlich Edelstahl, mit einer gekühlten Horizontaktranggießkokille, der aus einem flüssiges Metall enthaltenden Behälter mitteis Oberdruck im Behälter oder elektromagnetischer Förderung über ein Steigrohr und ein die Verbindung zwischen Steigrohr und Kokille bildendes Einlaufmundstück das Metall zugeführt wird, und mit einer hinter der Kokille angeordneten Strangabzugseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Stranggießkokille (7), Mundstück (6) und Steigrohr (4) eine über einen Antrieb (8) in Kokillenlängsrichtung oszillierbare starre Einheit bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (6) an seinem kokillenseitigen Ende eine ebene ringförmige Stirnfläche (11) aufweist

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (6) zumindest im Bereich der Stirnfläche (11) aus einem Werkstoff mit geringer Benetzbarkeit durch die Schmelze besteht, wie Bornitrid, Siliziumnitrid, AIuminiumtitanat, Grafit oder Zirkonoxid.

4. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Oszillation 0,5 bis 30 Hz beträgt

5. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub (H) der Oszillationsbewegung in Kokillenlängsrichtung nach dei f ormel