DE4218698C2 - Verfahren zum Abgießen einer metallurgischen Schmelze und entsprechendes metallurgisches Gefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein metallurgisches Gefäß, bei welchen der Schmelze ein Behandlungs­ mittel mittels Drahtinjektion zugegeben wird. Unter dem Aus­ druck "Behandlungsmittel" sollen sowohl Legierungsmittel als auch Mittel zur Beeinflussung der Gefügeausbildung und der chemischen Zusammensetzung wie z. B. bei Gußeisen Impfmittel wie Ferrosilicium oder Mg für die Entschwefelung und/oder die Kugelgraphitbildung verstanden sein.

Das Prinzip der Einbringung von Behandlungsmitteln in Draht­ form ist aus der DE-PS 26 03 412 bekannt. Der Draht wird aus einem Band aus Eisenblech hergestellt, das zu einer Rinne geformt, mit einem pulvrigen oder körnigen Behandlungsmittel gefüllt und sodann zu einer geschlossenen Hülle mit Längsnaht um die Füllung herumge­ zogen wird. Das so hergestellte, ein gefülltes Rohr bildende Drahtprodukt wird sodann stranggezogen, um die Füllung zu kompaktieren. Der nunmehr fertiggestellte Draht wird mit einer Drahtvortriebsmaschine gesteuert in die Schmelze vorgeschoben, wobei der Draht je nach Vortriebsgeschwindigkeit und Wandstärke bis zu einer wählbaren Tiefe in die Schmelze eindringt, bevor die aus Eisenblech bestehende Hülse weg­ geschmolzen ist und den Inhalt in der betreffenden Tiefe freigibt. Überwiegend wird diese Technik bei der Behandlung von Stahlschmelzen eingesetzt.

In der DE-PS 26 03 412 befindet sich die Schmelze in einer Pfanne, in der eine Füllstandshöhe von einigen Metern vorhanden sein kann.

Die Erfindung hingegen befaßt sich mit der Einbringung von Behandlungsmitteln in "flache" metallurgische Ge­ fäße, womit solche gemeint sein sollen, in denen die Füllstandshöhe etwa 50 cm nicht übersteigt. Ein bevor­ zugtes Anwendungsbeispiel sind horizontale Gießrinnen, die der Länge nach von der Schmelze durchströmt werden und am äußeren Ende ein Abstichloch aufweisen, aus dem in eine darunter angeordnete Gießform abgegossen wird.

Es geht bei der Erfindung um das intermittierende Abgießen in relativ kleine Gießformen. Es kann sich beispielsweise um das serienweise Abgießen von Gußstücken, deren Gießgewicht von wenigen Kilogramm beginnend bis zu 70 kg reichen kann, handeln. Der Gießvorgang muß im Gleichtakt mit der Arbeit der Formanlage erfolgen, d. h. sooft eine Form fertiggestellt ist, muß auch ein Guß möglich sein.

Die Einbringungstechnik mittels Draht ist auch für flache metallurgische Gefäße schon bekannt. So zeigt die US-PS 3 915 693 in Fig. 3 die Einbringung von Legierungs- und/oder Behandlungsmitteln in einen Tundish, die US-PS 4 108 637 in Fig. 3 die Einbringung eines Drahtes in den Gießstrahl einer Pfanne in Querrichtung zu dem Gießstrahl und in Fig. 5 die Einbringung eines Drahtes in eine schräge Gießrinne, durch die die Stahlschmelze strömt.

Ein Problem bei dieser Methode besteht darin, daß der Stahl in den in Rede stehenden flachen metallurgischen Gefäßen strömt und den Inhalt des Drahtes im Vorüberströmen mitnimmt. Die zugegebenen Mengen des Behandlungsmittels sind im Verhältnis zum Volumen der Schmelze meist recht klein. Dabei bilden sich leicht Ungleichmäßigkeiten der Verteilung des Behandlungsmittels in der Schmelze aus, die entsprechende lokale Unterschiede in den Eigenschaften des fertigen Gußstückes zur Folge haben.

Der Einsatz von Dämmen, Wällen und Wehren sowie das Spül­ gaseinblasen gehen für sich benommen bei Tundishs aus der Zeitschrift "Stahl und Eisen" 109, (1989), Nr. 22, Seite 1080 hervor.

Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt die EP 393 801 A1 bei der in einem metallurgischen Gießgefäß zum Gießen von Blöcken oberhalb des Abstichlochs durch ein feststehendes Wehr eine geschlossene Entleerungskammer gebildet ist, in den die Schmelze unter dem Wehr hindurch eintritt und aus der sie nach unten austritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim intermittierenden Abguß in einzelne Gießformen die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Behandlungsmittel in der abgegossenen Schmelze zu verbessern.

Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Wesentlich ist, daß eine Teilmenge der Schmelze auf irgendeine Weise von der Hauptmenge getrennt und die Menge des Behandlungsmittels auf diese abgeteilte Menge bezogen und in diese eingebracht werden können. Auch der äußere Angriff, der die Verteilung des eingebrachten Behandlungs­ mittels in der abgeteilten Teilmenge besorgen und diese also entsprechend durchrühren soll, wird auf die Teilmenge konzentriert. Die Verteilung des Behandlungsmittels und damit die Behandlung selbst können in der begrenzten ab­ geteilten Menge wesentlich wirkungsvoller erfolgen als in der Gesamtmenge der in dem metallurgischen Gefäß be­ findlichen Schmelze. Die Abteilung braucht durchaus nicht hermetisch zu sein. Es genügt, wenn die Ausbreitung des zugeführten Behandlungsmittels nach außerhalb der abge­ teilten Menge bis zur erfolgten Verteilung zurückgehalten werden kann. Im übrigen kann die Abteilung durch Mittel erfolgen, die einen Teilquerschnitt der zum Abstichloch strömenden Schmelze blockieren.

Durch die Abteilung eines kontrollierten Schmelze­ volumens bei verschlossenem Abstichloch und die Konzentration des Verteilungsangriffs auf dieses Schmelzevolumen sind eine schnelle Auflösung und eine besonders homogene Verteilung des Behandlungsmittels herbeiführbar. Ein wichtiges Moment der Er­ findung ist die Möglichkeit der Anpassung dieses Schmelzvolumens an das Volumen der Gießformen.

Für den verteilenden äußeren Angriff an der abge­ teilten Teilmenge der Schmelze, d. h. für die Homogenisierung des Behandlungsmittels in der Teilmenge, kommen alle hierfür bekannten Rührverfahren in Betracht, z. B. induktive Rühr­ verfahren.

Bevorzugt ist häufig das Einblasen eines Spülgases durch einen Spülstein im Boden des metallurgischen Gefäßes gemäß Anspruch 2, weil der die Schmelze durchsetzende Gas­ strom die Schlackenabscheidung begünstigt.

In ihrem vorrichtungsmäßigen Aspekt ist die Erfindung in Anspruch 3 wiedergegeben.

Die Barriere bildet das Mittel zur Abteilung der Teil­ menge, der das Behandlungsmittel durch Drahtinjektion zuge­ führt und die dem äußeren Verteilungsangriff durch Ver­ wirbelung unterworfen wird. Die Barriere schließt die abge­ teilte Menge nicht hermetisch ab. Es verbleibt unter ihr ein Strömungsquerschnitt, durch den die Schmelze nach­ strömen kann. Die Barriere verhindert aber in ausreichendem Maß, daß sich das eingebrachte Behandlungsmittel unkontrolliert in die hinter der Barriere anstehende große Menge der Schmelze ausbreitet und daß sich die erzielte Verteilungs- bzw. Rühr­ bewegung der Schmelze ebenfalls ausdehnt und dadurch an Wirkung verliert. Es bedarf also zur ausreichenden Abteilung der Schmelze keiner besondere Schieber oder bewegbaren Ver­ schlüsse. Eine weitere Wirkung der Barriere besteht darin, daß der Strömungsquerschnitt für die Schmelze verengt und die Strömungsgeschwindigkeit unter der Barriere entsprechend erhöht sind. Die Schmelze tritt also mit einer gewissen Ge­ schwindigkeit in den durch die Barriere abgegrenzten Gefäß­ teil ein, was die effektive Durchmischung der Schmelze fördert.

Um die abgeteilte Teilmenge verändern zu können, ist die Position der Barriere in Längs­ richtung des metallurgischen Gefäßes, d. h. auf das Ab­ stichloch hin, veränderbar. Zugleich oder statt dessen kann auch die den Durchströmquerschnitt bestimmende Position der unteren Begrenzung der Barriere veränderbar sein.

Zur Ermöglichung des intermittierenden Abgießens der Gießformen hat das Ab­ stichloch einen intermittierend betätigbaren Verschluß.

In einer bevorzugt in Betracht kommenden Ausführungs­ form ist die Verwirbelungseinrichtung gemäß Anspruch 4 durch einen Spülstein gegeben, durch den ein geeignetes Gas, meist ein inertes Schutzgas, in die Schmelze einge­ bracht wird. Durch das Zusammenwirken der durch die Barriere erhöhten Geschwindigkeit und der Verwirbelung durch das Gas erhält die Schmelze eine starke Turbulenz. In diesem Zustand wird der Schmelze der Draht zugegeben, dessen In­ halt sich durch die Turbulenz der Schmelze nachdrücklich in dieser verteilt. Der Abstand zwischen der Barriere und dem Ende des metallurgischen Gefäßes bestimmt die abgeteilte Teilmenge, die beim intermittierenden Ab­ gießen an die für jeweils eine Gießform benötigte Menge an Schmelze erfindungsgemäß angepaßt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht des Abstichendes einer Gießrinne von oben;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Die als Ganzes mit 10 bezeichnete, das flache längliche metallurgische Gefäß bildende Gießrinne besteht aus einem Gehäuse 1 aus starkem Blech und einer feuerfesten Aus­ kleidung 2. In die Gießrinne 10 wird an dem in Fig. 1 nicht dargestellten linken Ende Schmelze eingefüllt, die gemäß Fig. 1 von links nach rechts durch die Gießrinne 10 strömt und an deren in den Figuren rechtem Ende durch ein Abstichloch 3 in eine Gießform ausläuft. Das Abstich­ loch 3 wird von einem in die feuerfeste Auskleidung 2 eingesetzten Ausgußstein 4 gebildet, und kann durch einen heb- und senkbaren Stopfen 5 geöffnet und ver­ schlossen werden.

Der Querschnitt der Gießrinne 10 verjüngt sich in Strömungsrichtung 6 bis zu einer Stelle 7, bis zu der die Gießrinne 10 schmäler wird (Fig. 1) und der Boden 8 ansteigt (Fig. 2). Rechts von der Stelle 7 sind die Seitenwandungen aneinander parallel und der Boden 8 horizontal. Nach rechts hin endet die Gießrinne in einer kreisförmigen, zum Abstichloch 4 konzentrischen Wandung 9.

In dem Ausführungsbeispiel ist, in Strömungsrichtung 6 gesehen unmittelbar hinter der Stelle 7, eine Barriere 20 vorgesehen, die sich quer über die Breite des Strömungs­ querschnitts erstreckt und aus einem feuerfesten Balken besteht. Die Barriere 20 kann in ihrer Längsposition und in der Position ihrer unteren Begrenzung 11 über dem Boden 8 verändert werden, etwa wie bei 20′ angedeutet. Die untere Begrenzung 11 der Barriere 20 liegt unterhalb des Spiegels 12 der Schmelze, so daß der verbleibende Querschnitt 13 der im Sinne des Pfeiles 6 von links nach rechts erfolgenden Strömung entsprechend verringert ist. Die Barriere 20 steht oben bis zum oberen Rand der Gießrinne 10 über den Schmelzespiegel 12 über und kann also nicht über­ strömt werden.

Der gesamte Strom der Schmelze muß also durch den verengten Querschnitt 13 hindurchtreten, wodurch sich eine Geschwindigkeit erhöht, was durch die Pfeile 14 an­ gedeutet sein soll.

In Strömungsrichtung 6 gesehen unmittelbar hinter der Barriere 20, also zwischen dieser und dem Abstich­ loch 3, ist im Boden 8 der Gießrinne 10 ein Spülstein 30 angebracht, der über eine Zuleitung 15 mit einem geeigneten inerten Gas beaufschlagt werden kann und dieses in Form von über den Querschnitt verteilt austretenden Gasblasen in die Schmelze 16 übertreten läßt. Die durch den verengten Querschnitt hindurchtretende Schmelze wird mit ihrer in Höhe des Spülsteins 30 noch vorhandenen höheren Geschwindigkeit von den Gas­ blasen erfaßt und heftig durchgerührt.

Bei geöffnetem Stopfen 5 strömt die Schmelze durch das Abstichloch 3 aus, wie es durch den Verlauf der Pfeile 17 angedeutet ist.

Unmittelbar neben dem Stopfen 5 auf dessen der Barriere 20 zugewandter Seite ist das Zuführrohr 18 einer nicht weiter dargestellten Drahtinjektionsvor­ richtung wiedergegeben, aus welchem ein ein Behandlungs­ mittel enthaltender Draht 19 in die Schmelze 16 in einem Bereich austritt, indem die Schmelze 16 stark turbulent ist. Durch die Turbulenz der Schmelze 16 werden die in dem Draht 19 enthaltenen und nach dem praktisch so­ fortigen Aufschmelzen der Umhüllung in die Schmelze freigegebenen Behandlungsmittel in der Schmelze 16 wirkungsvoll verteilt, und zwar in der durch die Position der Barriere 20 bestimmten, in dem vorderen Teil der Gießrinne 10 im Bereich des Abstichlochs 3 befindlichen, abgeteilten Teilmenge 40, auf die auch die Menge des zu­ geführten Behandlungsmittels abgestellt ist. Durch die relative Kleinheit der abgeteilten Teilmenge 40 ist die Durchmischung aufgrund der Wirkung des Spülgases und die Verteilung des eingebrachten Behandlungsmittels besonders intensiv.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der verengte Querschnitt 13 unter der Barriere 20 etwa die Hälfte des an dieser Stelle sonst vorhandenen Quer­ schnitts, so daß sich die Geschwindigkeit der Schmelze 16 an dieser Stelle also etwa verdoppelt, was ebenfalls zur Bewegung der Schmelze in der abgeteilten Teilmenge 40 beiträgt.

Einzelne nicht dargestellte Gießformen werden nacheinander unter dem Abstichloch 3 vorbeigeführt und intermittierend abgegossen. Dabei wird das Abstichloch 3 periodisch zwischen je zwei Gießformen durch den Stopfen 5 verschlossen und verbleibt jedesmal eine Einwirkzeit an einer gewisser­ maßen abgeschlossenen Teilmenge 40, die eine besonders intensive Verteilung und Dosierung des Behandlungsmittels erfährt. Die Teilmenge 40 wird hierbei durch entsprechende Positionierung der Barriere 20 an die für eine Gießform benötigte Menge der Schmelze 16 angeglichen.

Claims (4)

1. Verfahren zum intermittierenden Abgießen einer metallurgischen Schmelze in einzelne Gießformen aus einem flachen länglichen metallurgischen Gefäß, insbesondere einer Gießrinne, mit einem in der Nähe eines Endes im Boden angeordneten verschließbaren Abstichloch, unter welchem die Gießformen vorbeigeführt werden, wobei eine in der Nähe des Abstichloches befindliche dem Volumen einer Gießform angepaßte Teilmenge der längs des Gefäßes zum Abstichloch nachströmenden Schmelze abgeteilt und bei verschlossenem Abstichloch durch Drahtinjektion mit einer auf die Teilmenge berechneten Menge eines Behandlungsmit­ tels versehen wird, das Behandlungsmittel durch einen äußeren Angriff in der Teilmenge der Schmelze verteilt wird und die Teilmenge so durch das Abstichloch abgegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verteilende äußere Angriff durch Einblasen eines Spülgases vom Boden des metallurgischen Gefäßes her er­ folgt.

3. Flaches längliches metallurgisches Gefäß (10), insbesondere Gießrinne, zum intermittierenden Abgießen einer metallurgischen Schmelze in einzelne Gießpfannen, welches von der Schmelze zu einem in der Nähe eines Endes im Boden vorgesehenen, mit einem intermittierend betätig­ baren Verschluß (5) versehenen Abstichloch (3) hin durch­ strömbar ist, und welchem eine Einrichtung zum Vorbeifüh­ ren der Gießformen unter dem Abstichloch (3) und eine Einrichtung zur Zuführung eines Behandlungsmittel enthal­ tenden Drahtes (19) in seiner Längsrichtung in der Nähe des Abstichlochs (3) zugeordnet sind, mit

• a) einer Barriere (20), die
• aa) sich quer über die Breite des metallurgischen Gefäßes (10) erstreckt,
• bb) aus feuerfestem Material besteht,
• cc) mit ihrer unteren Begrenzung (11) bis unter den Schmelzspiegel (12) und mit ihrer oberen Begren­ zung darüberhinaus reicht und
• dd) mit ihrer unteren Begrenzung (11) mit Abstand oberhalb des Bodens (8) angeordnet ist,
• ee) und deren Position in Längsrichtung des metallur­ gischen Gefäßes (10) und/oder bei der die Posi­ tion der unteren Begrenzung (11) über dem Boden (8) des metallurgischen Gefäßes (10) veränderbar sind und
• b) einer in dem durch die Barriere (20) abgeteilten, das Abstichloch (3) enthaltenden Teil des metal­ lurgischen Gefäßes (10) wirksame Verwirbelungs­ einrichtung.

4. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verwirbelungseinrichtung ein Spül­ stein (30) vorgesehen ist, der

• ee) im Boden (8) des metallurgischen Gefäßes (10) und
• ff) im Grundriß gesehen zwischen der Barriere (20) und dem Abstichloch (3) angeordnet ist.