DE3536879C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturführung beim Stranggießen, wobei der aus dem Ofen abgestochene Stahl in eine Gießpfanne gegeben und aus dieser an der Stranggieß­ station in wenigstens ein Zwischengefäß ausgetragen wird, aus dem er in die Stranggießform über eine getauchte Düse gefördert wird, wobei der in wenigstens einem der Behälter in Strömungsrichtung vor der Gießform befindliche Stahl Strahlung ausgesetzt wird.

Moderne Stranggießverfahren, insbesondere solche mit höheren Gießgeschwindigkeiten und Versuche zum Optimieren der Qualität auf der Oberfläche und in der Mitte der auf diese Weise erhaltenen Zwischenprodukte (Halbzeug), erfordern eine sehr enge Regelung der Bedingungen während des Ablaufs dieser Vorgänge.

Eine der Hauptparameter ist die Stahlgießtemperatur, die innerhalb eines sehr engen Bereiches oberhalb der Verfestigungstemperatur gehalten werden muß.

Andererseits ist das Stranggießen von Stahl ein sehr bekanntes und weit verbreitetes und praktiziertes Ver­ fahren. Die meisten technologischen und wirtschaftlichen Stufen in der Sicherstellung höherer Gießgeschwindigkeiten und besserer Qualität der Stranggießzwischenprodukte (d. h. weniger Segregation sowie eine kleinere Anzahl von Oberflächendefekten und inneren Fehlern, wie Rissen, axiale Porosität und dergleichen, sowie Verfesti­ gungsstrukturen) haben nicht wirklich bisher eine zu­ friedenstellende Antwort gefunden.

Die Lösung dieser Probleme ist jedoch von vorherrschen­ der Wichtigkeit, nicht nur wegen der wünschenswerten Verbesserung der Qualität sondern auch wegen der weiteren technologischen Entwicklungen, die daraus resultieren können. So wird beispielsweise die Möglichkeit, die Praxis des direkten Walzens der Stranggießzwischenpro­ dukte auszuweiten, die zur Zeit nur von wenigen Stahl­ herstellern eingesetzt wird oder auch die Möglichkeit eines Stranggießens dünner Produkte (d. h. solchen von wenigen Zentimetern Dicke), die direkt in warme Bänder gewalzt werden sollten, in Wirklichkeit als radikale Innovation angesehen, welche bei der Stahlindustrie zu ganz beachtlichen wirtschaftlichen Vorteilen führen würden, die dazu beitragen würden, sie aus der heutigen äußerst kritischen Situation herauszuführen.

Allgemein gesagt, kann man vernünftigerweise annehmen, daß der größte Teil der die Stranggießzwischenprodukte beeinflussenden Qualitätsprobleme zurückzuführen sind auf Schwankungen oder Veränderungen in den Stranggieß­ bedingungen. Zwei der universell als die wichtigsten anerkannten Arbeitsbedingungen sind die Temperatur sowie die Fließzeit bzw. Fließgeschwindigkeit des flüssigen Stahls, wenn dieser die Form der Stranggießanlage er­ reicht. Es wird als wesentlich angesehen, sicherzustellen, daß diese Parameter so konstant wie möglich sind.

Es wird klar, daß der Stahl bei einer Temperatur vergossen werden muß, die höher als die Liquidustemperatur liegt. Dieser Unterschied in der Temperatur, bekannt als Überhitzung, muß groß genug sein, damit der reguläre Gießbetrieb fort­ schreiten kann, gleichzeitig muß er jedoch so klein wie möglich aus zwei Gründen sein. Der erste ist darin zu sehen, daß die Kosten des Anhebens der Temperatur im Elektroofen hoch sind, und zwar aufgrund des relativ niedrigen Leistungsvermögens bzw. Wirkungsgrades dieser Einheit, der nämlich um 30% liegt. Der zweite ist darin zu sehen, daß die Verfestigung des Stahls in der Form einen merklichen Einfluß auf die Qualität der resultierenden Zwischenprodukte hat, wobei die Verfesti­ gung ihrerseits wieder durch die Überhitzung beeinflußt wird und korrekterweise als der fundamentale Parameter, der die Endstruktur regelt, angesehen wird. Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere eine Über­ hitzung von weniger als 10° die Situation hinsichtlich der Steigerung ganz erheblich verbessert.

Ein anderer wichtiger Parameter ist die Gleichförmigkeit der Temperatur des vergossenen Stahls. Es hat sich herausgestellt, daß Schwankungen der Temperatur während des Stranggießens zu ungleichförmiger Verfestigung führen, was wiederum zur Bildung von Oberflächenlängsrissen und Porosität der Risse in der Mitte führt. Beim Hoch­ geschwindigkeitsstranggießen jedoch führen übermäßige Überhitzung und mögliche Temperaturschwankungen zur nicht zufriedenstellenden Bildung einer festen Haut. Es bleibt also die Gefahr von Rissen, insbesondere in Ecken oder sogar Ausbrüchen.

Aus dieser Kurzübersicht ergibt sich, daß das Strang­ gießen bei einer bekannten Überhitzung durchgführt werden muß, die so niedrig wie möglich angesetzt wird. Unter diesen Bedingungen jedoch besteht die Gefahr, daß der Stahl, bevor er vergossen wird, sich ver­ festigt, insbesondere in Zonen, wo die Wärmestreuung am größten ist, wie beispielsweise in der Düse. Je niedriger die Überhitzung, desto größer ist diese Gefahr.

Die bisher für dieses Problem zur Verfügung gestellten Lösungen waren aus vielerlei Gründen nicht völlig zu­ friedenstellend. So wurde einerseits vorgeschlagen, den Stahl in der Gießpfanne oder dem Zwischengefäß mittels Bogenelektroden oder mittels in den Wandungen der Behälter verdeckt angeordneten Widerständen oder oberhalb des Bades befindliche Widerstandsheizeinrichtungen (DE-AS 18 00 388) heiß zu halten.

Trotz des niedrigen Wärmedeckungsgrades dieser Systeme, die sie teuer machen, verbleibt das Problem des "Einfrierens" des Stahls in der Düse, d. h. einem Bereich, wo nur eine geringe Stahlmenge einer großen Abstrahlungsfläche gegen­ übersteht. Gravierend kann dies bei Beginn des Gießvor­ gangs, wenn die Überhitzung zudem auf niedrigem Niveau ge­ halten ist, sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierig­ keiten mittels eines einfachen wirksamen Verfahrens zu überwinden, das es möglich macht, daß der Stahl aus dem Ofen bei einer beachtlich niedrigen Temperatur abgestochen wird und dieser Stahl bei einer festen Minimumüberhitzung im Strang vergossen und hierdurch ein teilweises oder vollständiges Blockieren der Düse durch den ver­ festigten Stahl vermieden wird und möglicherweise die Bildung nicht-metallischer Einschlüsse in der Düse ver­ zögert wird.

Bei einem Verfahren zur Temperaturführung der oben genannten Art zeichnet sich die Erfindung überraschend dadurch aus, daß der Stahl zusätzlich Konvektion aus einer elektrischen Heizeinrichtung ausgesetzt wird und ein elektrischer Strom veranlaßt wird, durch den flüssigen Stahl aus der Heizein­ richtung zu einer Rückführung in Strömungsrichtung hinter der Gießeinrichtung zu fließen.

Bei einer Stahlstranggießanlage, wo der Stahl aus dem Ofen in eine Gießpfanne abgestochen wird, aus der er in das Zwischengefäß vergossen wird, aus dem er in die Stranggießform über einen Tauchausguß ge­ liefert wird, ist das Verfahren nach der Erfindung über­ raschend dadurch gekennzeichnet, daß der in wenigstens einem der Behälter - Zwischengefäß oder Gießpfanne - in Strömungsrichtung vor der Stranggießdüse befindliche flüssige Stahl einer Strahlung und Konvektion aus einer elektrischen Heizquelle ausgesetzt wird und durch die Tatsache, daß ein Strom veranlaßt wird, durch den flüssigen Stahl zwischen dieser Heizeinrichtung und der Stranggießform zu fließen.

Alternativ, wenn als möglich und notwendig angesehen, kann der Strom zwischen dieser Heizeinrichtung und einem geeigneten abstromseitig befindlichen Element, beispiels­ weise der oder den Düsenteilen der Stranggießmaschine strömen, die in Strömungsrichtung hinter der Form oder dem vergossenen verfestigten Zwischenprodukt selbst angeordnet sind, fließen. Diese alternativen Lösungen liegen im Rahmen der Erfindung, da, wie oben ganz deutlich gemacht, die Tatsache, daß der Strom mit adäquaten Amperewerten auch durch den Stahl fließt, der durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Form strömt, von ganz besonderer Wichtigkeit gemäß der Erfindung ist.

Die elektrische Heizeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Plasmabogenbrenner, einem sog. Plasmabrenner mit Bogenübertragung, und zwar auf­ grund seines hohen Wärmewirkungsgrades in vielen Regel­ möglichkeiten.

Schließlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, den durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Form fließenden Stahl einem direkten magnetischen Feld senkrecht zur Strömungsrichtung des Stahls auszusetzen, so daß dieses magnetische Feld zusammen mit dem hierzu senkrechten Stromfluß Kräfte hervorruft, die den Stahl innerhalb der Düse beaufschlagen bzw. durchrühren und so den Auf­ bau nicht-metallischer Einschlüsse verhindern, die dort zu einem Blockieren führen würden; indem man in geeigneer Weise dieses magnetische Feld und/oder den in der Düse fließenden Strom einstellt, wird es auch möglich, eine gewisse Kontrolle über die Fließgeschwindigkeit oder Fließzeit des durch die Düse gehenden Stahls auszuüben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird es also mög­ lich, daß die zu regelnde Gießtemperatur innerhalb des optimalen Bereichs und gegen die niedrigst zulässigen Werte eingestellt werden kann, indem Wärme in der Gieß­ pfanne und/oder dem Zwischengefäß oder auch in der Düse zugeführt wird.

Als besonderer Vorteil ist anzusehen, daß eine regel­ mäßigere Strömung des Stahls durch die Düse hindurch stattfindet.

Als weitere Maßnahmen und/oder Vorteile der Erfindung sind zu nennen:

• - die Möglichkeit, Stahl aus dem Ofen bei minimaler Überhitzung abzustechen, die mit den Haltezeiten zwischen dem Abstechen und dem Stranggießen noch kompatibel sind;
• - die Möglichkeit, eine minimale konstante Überhitzung während des Gießens aufrechtzuerhalten;
• - Aufrechterhaltung dieser Überhitzung bei minimalen Betriebskosten wegen des hohen Wärmewirkungsgrades des Plasmabrenners;
• - aufgrund der Tatsache, daß mittels des Plasmabrenners Strom mit hohen Amperewerten durch den flüssigen Stahl, insbesondere den durch die Düse fließenden Stahl geht, wird es möglich, den Joule-Effekt auszunutzen, um eine zusätzliche Erwär­ mung des Stahls gerade auch im Tauchausguß sicherzusellen und auch ein Blockieren durch den Stahl zu vermeiden, der sonst aufgrund der minimalen Überhitzung sich verfestigen könnten.

Ein Regeln der Temperatur des flüssigen Stahls hervor er in die Form, insbesondere in die Zwischengefäßdüse, eintritt, wird natürlich durch an sich bekannte Einrich­ tungen sichergestellt, wodurch somit auch die Plasma­ brennerarbeitsparameter, nämlich Spannung, Strom, Gas­ strömung und Entfernung vom Bad geregelt werden, so daß der Überhitzungswert konstant gehalten wird.

Wie vorher dargelegt, ist ein anderer wichtiger Parameter, der die Zwischenproduktqualität beherrscht, die Gleich­ förmigkeit der Temperatur. Während des Stranggießens, insbesondere bei großen Anlagen, können natürlich Temperatur­ differenzen, selbst innerhalb der Gießpfanne, auf­ treten. Diese Inhomogenität wird unvermeidlicherweise auf die Form übertragen, wodurch sämtliche der Vorteile, die sich aus der Erfindung herleiten lassen, zu null werden. Die Verwendung eines besonderen Zwischengefäßes, wie sie in der deutschen Patent­ anmeldung P 35 14 539.0 beschrieben ist, sichert eine ausgezeichnete Homogenisie­ rung der flüssigen Stahlzusammensetzung und Temperatur und eliminert vollständig die erwähnten Nachteile.

In einer Reihe praktischer Versuche nach der Erfindung, die im Industriemaßstab bei einer 25 t/h Stranggieß­ anlage vorgenommen wurden, war es möglich, die Überhitzung im Ofen um 40°C abzusenken und den Stahl einer Reihe von Behandlungen in der Pfanne auszusetzen und ihn im Zwischen­ gefäß bei einer konstanten Überhitzung von 7-8°C zu halten, während die Joulesche Wärme ausgenutzt wird, um eine zusätzliche Erwärmung in der Düse zwischen 1 und 10°C nach Wunsch zur Verfügung zu stellen.

Versuche an einer Stranggießanlage mit 50 t/h haben die Möglichkeit demonstriert, ähnliche Ergebnisse unter Ver­ wendung höherer Ströme zu erhalten.

Aufgrund der begrenzten Leistung des zur Verfügung stehen­ den Brenners war es nicht möglich, an größeren Strang­ gießanlagen zu arbeiten. Die Projektion verfügbarer Daten auf eine Stranggießanlage mit einer Kapazität von 150 t/h Strang zeigen die Brauchbarkeit, einem Temperatur­ anstieg von 1-2°C in der Düse durch den Joule-Effekt bei Strömen um 15 000 A zu erhalten, während auch die Überhitzung in dem Zwischengefäß und/oder der Gieß­ pfanne mit einem Brenner adäquater Kapazität vermindert und geregelt wurde bzw. würde.

Aus diesen Vorversuchen läßt sich herleiten, daß bei einem Arbeiten gemäß der Erfindung eine merkliche Ver­ besserung in der Steigerung, eine Verminderung von wenigstens 30% im Dendritenwachstum sich ergibt, daß fast vollständig axiale Defekte, wie Porosität oder Schrumpfhohlräume, eliminiert werden und darüber hinaus merklich - um 50% - Risse auf den Flächen und Ecken der resultierenden Stranggießzwischenprodukte abnehmen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Temperaturführung beim Stranggießen, wobei der aus dem Ofen abgestochene Stahl in eine Gießpfanne gegeben und aus dieser an der Stranggieß­ station in wenigstens ein Zwischengefäß ausgetragen wird, aus dem er in die Stranggießform über eine ge­ tauchte Düse gefördert wird, wobei der in wenigstens einem der Behälter in Strömungsrichtung vor der Gießform befindliche Stahl Strahlung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich Konvektion aus einer elektrischen Heizeinrichtung ausgesetzt wird und ein elektrischer Strom veranlaßt wird, durch den flüssigen Stahl aus der Heizeinrichtung zu einer Rück­ führung in Strömungsrichtung hinter der Gießeinrichtung zu fließen.

2. Verfahren zur Temperaturführung beim Stranggießen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz­ einrichtung ein Plasmabogenbrenner ist.

3. Verfahren zur Temperaturführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrückführung hinter dieser Heizeinrichtung über die Stranggießform erfolgt.

4. Verfahren zur Temperaturführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Stranggießform fließende Stahl nicht nur dem Stromdurchgang, sondern auch einem direkten magnetischen Feld senkrecht zum Stahlstrom ausgesetzt wird.