DE3406730A1

DE3406730A1 - Verfahren und vorrichtung zum stranggiessen von metallen, insbesondere von stahl

Info

Publication number: DE3406730A1
Application number: DE19843406730
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Dr.-Ing. 4100 Duisburg Pleschiutschnigg
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3406730C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze über einen Vorratsbehälter und eine Düse in die ortsfeste Stranggießkokille eingeleitet wird und bei dem der Gußstrang in Abhängigkeit des metallostatischen Druckes ausgezogen wird.
Derlef Verfahren bzw. Vorrichtungen dienen zum Gießen von dünnen Strängen bei hohem Ausbringen, d.h. höherer Gießgeschwindigkeit, wobei eine quer- und längsrißfreie Oberfläche sowie eine Oberfläche ohne Gießmarken angestrebt wird.
Der Stand der Technik gliedert sich in folgende Verfahren, denen grundsätzlich selbständige Bedeutung zukommt: Das Stranggießen von Metallen wird im Senkrechtverfahren und im Horizontal verfahren bei oszillierender Kokille bzw. bei einer Relativbewegung zwischen Gußstrang und Horizontal-Stranggleßkokille ausgeübt. Sodann werden wandernde Kokillen angewendet, worunter Paare von Bändern, Walzen, Ketten u. dgl. verstanden werden.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Nachteile zu beseitigen, die durch eine bewegte Kokille entstehen, d.h. die entstehenden Oszillatlonsmarken zu vermeiden, um eine höhere Oberflächenqualität zu erzielen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Eingießöffnung der Stranggießkokille anschließenden Düse eingeleitet wird und daß während des Gießens kontinuierlich jeweils eine Metallfolie zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Querschnittsseiten mit Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt wird. Dieses Verfahren führt zu einer hohen Oberflächenqualität und vermindert zusätzlich den maschinentechnischen Aufwand und führt im übrigen zu einer hohen Sicherheit gegen Durchbrüche. Ferner wird jegliche Reoxidation der Metallschmelze durch die Metallfolie gezielt vermieden. Die Abkühlung der Metallschmelze wird außerdem durch die Eigenschaften der Metallfolie erheblich beeinflußt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl beim Yertikal- als auch beim Horizontal stranggießen anwendbar.
In Verbesserung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Stranggießkokille anschließenden Düse unter Bildung eines stationären Meniskus' und unter Aufrechterhaltung eines dynamischen Gleichgewichts in die Stranggießkokille eingeleitet wird. Diese Maßnahme vereinfacht die Eingießverhältnisse beträchtlich. So wird der Ubergang von der Düse auf die Stranggießkokille aufgrund der Kontinuität von Querschnitt und Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet.
In Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das dynamische Gleichgewicht der Metallschmelze in Abhängigkeit der Schmeizentemperatur, der Analyse der Metallschmelze, des metallostatischen Druckes am Düsenaustritt, ferner in Abhängigkeit des Düsenaustrittquerschnitts bzw. der Düsenform und der Strangabmessungen sowie der Gießgeschwindigkeit aufgebaut wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dahingehend gestaltet, daß der ortsfesten Stranggießkokille an der Elngießseite eine Führung für die Metallfolie zugeordnet ist, daß der Antrieb für die Metallfolie durch den Gußstrang selbst gebildet wird und daß die Metallfolie aus Aluminium- oder Stahlband besteht. Diese Maßnahmen vermeiden jeglichen Verschleiß der Stranggießkokille. Der Gußstrang berührt lediglich die Metallfolie. Die Folie aus Aluminium oder Stahlband gestattet eine gesteuerte Oxidation, einen vorteil haften Übergang und somit eine beidseitig am Gußstrang gleichmäßig gebildete Abkühlungsstruktur des Gußwerkstoffes.
Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorichtung besteht darin, daß die Düse berührungsfrei in die Stranggießkokille ragt.
Diese Maßnahme vermeidet Verschleiß und Wärmeprobleme an der Stelle der Zufuhr der Metallschmelze.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Düse mit einem Außenabschnitt und der Metallfolie dichtend in die Stranggießkokille ragt. Die Oxidation wird hierdurch auf einfache Weise vermieden, ohne das genaue Einführen der Metallfolie entlang der inneren Wandung im Gießraum der Stranggießkokille zu beeinträchtigen.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß die Metallfolie mit einem Nickel überzug versehen ist. Der Nickel überzug bremst den Wärmedurchgang. Mit dieser Maßnahme kann daher die Erstarrungsgeschwindigkeit im Gußstrang entsprechend den erwünschten Abkühlungskurven einzelner ausgewählter Gußwerkstoffe vorteilhaft beeinflußt werden.
Anstelle der Schmiereigenschaften einer Graphitkokille kann es als vorteilhaft angesehen werden, daß in weiterer Verbesserung der Erfindung die Metallfolie an der im Gießraum der Kokillenwandung zugewandten Seite Schmiereigenschaften und an der dem Gußstrang zugewandten Seite Hafteigenschaften aufweist. Der am Gußstrang haftende Teil der Metallfolie, soweit dieser nicht oxidiert ist, kann leicht durch Abschrecken oder ähnliche Schockwirkungen erzeugende Verfahrenstechniken gelöst werden, so daß der Gußstrang im erkalteten Zustand mit einer glatten und relativ metallisch reinen Oberfläche erzeugt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen axialen Längsquerschnitt durch eine Horizontalstranggießkokille während des Abgießens der Metallschmelze und Fig. 2 denselben Längsquerschnitt durch die Horizontalstranggieß anlage als alternatives Ausführungsbeispiel.
Die Metallschmelze 1, z.B. Stahlschmelze, fließt aus dem Vorratsbehälter 2 durch die Düse 3 in den Gießraum 4a der wassergekühlten und ortsfesten Stranggießkokille 4. Für dieses Einströmen werden die dargestellten Strömungsverhältnisse unter Aufrechterhaltung eines Flüssigkeitsdruckes Delta P während des Angießen aufrechterhalten. Gleichzeitig erfolgt, um eine Oszillation der Stranggießkokille 4 zu vermeiden, das kontinuierliche Zuführen einer Metallfolie 5 mit der Ausziehgeschwindigkeit 6 des Gußstranges 7, die der Gießgeschwindigkeit entspricht.
Die Zuführung der Metallschmelze 1 erfolgt nach einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) unter Ausnutzung der Strömungsverhältnisse bei einem stationären Meniskus 8, der unter Berücksichtigung eines metallostatischen (ferrostatischen) Flüssigkeitsdruckes Delta P, der Temperatur T, der Oberflächenspannung Sigma und der Gießgeschwindigkeit Vg aufgebaut wird. Hiernach richtet sich auch Form und Erstreckung 9 des stationären Meniskus 8. Der unter einem dynamischen Gleichgewicht entstehende stationäre Meniskus 8 richtet sich ferner nach dem Düsenaustrittsquerschnitt d. Ein weiteres Kriterium für eine geeignete Ausbildung der Strömung ist die Form der Düse 3 sowie deren Eintauchtiefe in den Gießraum 4a der Stranggießkokille 4.
Die Zuführung der Metallschmelze 1 erfolgt nach einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ebenfalls unter Ausnutzung der stabilen Strömungsverhältnisse bei einem im dynamischen Gleichgewicht befindlichen stationären Meniskus 8.
An der ortsfesten Stranggießkokille 4 befindet sich jeweils auf der Eingießseite 4b eine Führung 10 für die Metallfolie 5, die entweder aus den Eingießseiten-Rollen 4c (Fig. 1) oder aus der Eingießseiten-Rundung 4d (Fig. 2) gebildet ist. Die Führung 10 wird hierbei (Fig. 1) noch durch eine Mündungsführung 11 ergänzt, die die Metallfolie 5 auf die Kokillenwandung 4e luftspaltfrei auflegt, um den notwendigen metallischen Kontakt zwischen der wassergekühlten Kokillenwandung 4e und der Metallfolie 5 zu schaffen. Der Kontakt wird außerhalb der Stranggießkokille 4 wieder gelöst, weil die Metallfolie 5 an der im Gießraum 4a der Kokillenwandung 4e zugewandten Seite 12 Schmiereigenschaften aufweist, also gleitet, jedoch an der dem Gußstrang 7 zugewandten Seite Hafteigenschaften, wodurch auch der Transport zusammen mit dem Gußstrang 7 ermöglicht wird.
Die Düse 3 kann entweder berührungsfrei (Fig. 1) oder mit einem Außenabschnitt 3a dichtend in die Stranggießkokille 4 ragen. Die Abdichtung wird hierbei durch die Metallfolie 5 unterstützt.
Gewöhnlich ist die Metallfolie 5 auf Wickelbunden 13 vorrätig und wird vom Rollenkern ablaufend kontinuierlich mit Gießgeschwindigkeit 6 abgewickelt. Die Metallfolie 5 kann auch mit einem Rücklauf 14 (Fig. 1) einer erneuten Wiederverwendung zugeführt werden. Es ist ferner zweckmäßig, in den Bereich der berührungsfrei in die Stranggießkokille 4 ragenden Düse 3 inertes Gas 15 einzuleiten, um eine Reoxidation der Metallschmelze 1 zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann sowohl für horizontal angeordnete Stranggießkokillen als auch für vertikal angeordnete eingesetzt werden, wobei lediglich die Ausbildung des Vorratsbehälters 2 entsprechend anzupassen ist. Auch der Einsatz der Metallfolie 5 an zumindest zwei am Gußstrang 7 gegenüberliegenden Querschnittsseiten erfolgt nach den Abkühlungsbedingungen, wobei bei sehr dünnen Gußsträngen, d.h. Gußstränge, deren Dicke 100 mm nicht übersteigt, auf die Einführung einer Metallfolie 5 für die Schmalseiten eines Gießquerschnitts sogar verzichtet werden kann.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl Patentansprüche 1. Verfahren zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze über einen Vorratsbehälter und eine Düse in die ortsfeste Stranggießkokille eingeleitet wird und bei dem der Gußstrang in Abhängigkeit des metallostatischen Druckes ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Eingießöffnung der Stranggießkokille anschließenden Düse eingeleitet wird und daß während des Gießens kontinuierlich jeweils eine Metallfolie zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Querschnittsseiten mit Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Stranggießkokille anschließenden Düse unter Bildung eines stationären Meniskus' und unter Aufrechterhaltung eines dynamischen Gleichgewichts in die Stranggießkokille eingeleitet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Gleichgewicht der Metallschmelze in Abhängigkeit der Schmelzentemperatur, der Analyse der Metallschmelze, des metallostatischen Druckes am Düsenaustritt, ferner in Abhängigkeit des Düsenaustrittquerschnitts bzw. der Düsenform und der Strangabmessungen sowie der Gießgeschwindigkeit aufgebaut wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfesten Stranggießkokille (4) an der Eingießseite (4b) eine Führung (10) für die Metallfolie (5) zugeordnet ist, daß der Antrieb für die Metallfolie (5) durch den Gußstrang (7) selbst gebildet wird und daß die Metallfolie (5) aus Aluminium- oder Stahlband besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) berührungsfrei in die Stranggießkokille (4) ragt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) mit einem Außenabschnitt (3a) und der Metallfolie (5) dichtend in die Stranggießkokille (4) ragt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (5) mit einem Nickel Überzug versehen ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (5) an der im Gießraum (4a) der Kokillenwandung (4e) zugewandten Seite (12) Schmiereigenschaften und an der dem Gußstrang (7) zugewandten Seite Hafteigenschaften aufweist.