DE7143020U - Gefäß zum Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus schmelzflüssigen Metall - Google Patents

Description

Vereinigte österreichische Eisen-

und Stahlwerke Aktiengesellschaft

Linz (Österreich)

Gefäß zum Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus schmelzflÜ3sigem Metall

Die Neuerung betrifft ein Gefäß «um Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus schmelzflüssigem Hetall, insbesondere Zwischengefäß in einer Stranggießanlage, in der aluminiumberuhigter weicher Stahl vergossen wird, mit einer Trennwand zwischen zufließendem und abfließendem Metall·

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gefäß so auszubilden, daß das gesamte Metall beim Durchfließen des Zwischengefäßes mindestens einmal nach oben.umgelenkt und an die Oberfläche gefördert wird, wobei sich an des Oberfläche eine Welle oder Wölbung bildet. Die von unten nach oben gerichtete Strömung des Metalls soll jedes Metallteilchen und jedes Schlackenteilchen einmal an die Oberfläche fördern, wobei die nichtmetallischen Teilchen von der auf der Oberfläche schwimmenden Schlackenschichte aufgenommen werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Gefäß der eingangs beschriebenen Art so ausbebildet, daß die Trennwand

mindestens eine öffnung in Bodennähe aufweist und daß hinter der Trennwand ein von der Öffnung ausgehender, nach oben gerichteter Kanal aus feuerfestem Material vorgesehen ist, dessen Mündung in einem Abstand unter-

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fläche endigt. Hiebei ist der Querschnitt des Kanals, in dem die Strömung nach oben stattfindet, kleiner als die Querschnittsfläche des in horizontaler Richtung durch den Einlaufteil des Zwischengefäßes, d.h. durch den vor der Trennwand liegenden Teil des Zwischengefäßes, fließenden Metalls.

Der Querschnitt des Kanals im Zwischengefäß wird zweckmäßig so dimensioniert, daß für eine bestimmte Gießleistung die gewählte Metallstrahlgeschwindigkeit erreicht wird.

Der Kanalquerschnitt kann errechnet werden aus dem Zusammenhang "Gießleistung ist gleich dem Produkt von Kanalquerschnitt und gewünschter Metallstrahlgeschwindigkeit¹¹.

Im Zwischengefäß stellt sich während des Gießens im Bereich vor der Trennwand ein höherer Badepiegel ein als in dem daran anschließenden Bereich.

Zweckmäßig beträgt der Abstand zwischen der Metallsumpfoberfläche und der Oberkante des nach oben gerichteten Kanals 3 his 30 co.

Eine bevorzugte Verwendung eines Zwischengefäßes nach der Neuerung ist die Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse, insbesondere von Aluminiumoxyd, aus Stählen mit bis zu 0,20 % C, 0,25 bis 1,60 % Mn, 0,02 bis 0,1 % λΙ und gegebenenfalls bis zu 0,30 % Si, Rest-Eisen und übliche Verunreinigungen, insbesondere aus weichen Stählen für kalt-

% C 0,05 0,05 · 0,15 0,18

% Si 0,00 0,10 0,20 0,20

% Mn 0,25 0,30 0,50 1,40

% Al 0,05 0,03 0,03 0 03

Der Gesamteinschlußgehalt stranggegossener Brammen aus diesen Stählen bei Anwendung der beschriebenen Einrichtung ist außerordentlich gering und es treten praktisch keine Fehler auf, die die Oberflächengüte der daraus hergestellten Bleche beeinträchtigen.

Dir Neuerung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher ~ ~ ~~-— exnsn scxxSSouXscixsn i6iuxiCSx~

durch eine Gießpfanne, ein Zwischengefäß und durch den Oberteil einer Stranggießanlage. Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, ebenfalls schematisch. Fig. 3 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 und zeigt den linken Teil eines Zwischengefäßes nach einer anderen Ausführungsform der Neuerung. Fig. 4 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit ν in cm/sec des Mctallstrahls und des Abstandes £i in cm zwischen der Me tall sumpf oberfläche und der Oberkante des neuerungsgemäß nach oben gerichteten Kanals im Zwischengefäß veranschaulicht·

In Fig. 1 ist mit 1 der Unterteil einer Gießpfanne bezeichnet, aus der Stahl oder ein anderes schmelzflüssiges Metall in einem Strahl 2 in ein Zwischengefäß 3 ausläuft. Mit 4 ist im linken Teil des Zwiecfaaigefäßes eine Trennwand

p;ewa3zfce Tief ziehbleche, beim kontinuierlichen Stranggießen. Insbesondere können nach * τ Neuerung nichtmetallische Einschlüsse aus den folgenden Stählen abgeschieden werden:

tvn U-

aus feuerfestem Material bezeichnet, welche das Zwischenpefäß in zwei Räume 5 und 6 unterteilt. Die Trennwand 4 ist im V^rtikalschnitt L-förniig ausgebildet; der horizontale Schenkel, der am Boden 8 auf1j ept bzw. an diesem befestigt ißt, ist mit 7 bezeichnet. In Bodennähe sind d -»ei horizontale Bohrungen 9 vorgesehen, die in vertikale Bohrungen 10 übergehen, so daß das Metall, dessen Strömung richtung durch Pfeile gekennzeichnet ist, in vertikale Richtung unter Bildung dreier strömender Strahle 11 an die Oberfläche des Metallsumpfes im Zwischengefäß gefördert wird, wobei sich drei Wellen oder Wölbungen 12 bilden« Der Abstand «i zwischen der Metallbadoberfläche 13 und der Oberkante 14 der vertikalen Bohrung 10 kann zwischen 3 und 30 cm betragen; ein zu kleiner Abstand kann - bedingt durch betriebliche Schwankungen der Metallbadoberfläche 13 - zu einem Absinken des Metalls unter die Oberkante 14 und dann zu einer Oxydation des Metalls führen; bei. zu großem Abstand besteht die Gefahr, daß nicht alle nichtmetallischen Teilchen, welche punktiert g&^.ichnet sind, an die Oberfläche gelangen. Die nichtmetallischen Einschlüsse werden, sobald sie einmal an die Oberfläche gelangt und in Kontakt mit der Schlackenschicht 15 gekommen sind, sofort von dieser aufgenommen und festgehalten. Die Schlackenschicht schützt auch den Metallsumpf vor Oxydation und verhindert eine ί bermäßige Wärmeabfuhr durch Strahlung. Die Höhe des Metallsumpfes im Raum 6, dem Auslaufteil des Zwischengefäßes, isS mit h^ bezeichnet; sie beträgt vorzugsweise etwa 25 bis 35 cm, wobei die Dicke b des horizontalen Teils 7 der Trennwand 4- etwa 20 cm beträgt. Im Raum 5, dem Einlaufteil, ist die Höhe hp des Metalls etwas größer, d.h. der Metallbadspiegel 16 im Einlaufteil liegt auf eirias höherem Niveau als der im Auslaufteil. Während des Gießeno ist im Zwischengefäß die Zuflußmenge/Zeiteinheit von der Pfanne 1 gleich der Abflußmenge/Z.eiteinheit durch das Gießrohr 18 in die Kokille 19· Gleich groß muß somit auch die

Durchflußmenpe/Zeiteinheit durch die Kanäle 9 und 10 sein.

Die Metallstrahlgeschwindigkeit y_ beim Austritt des Metalls aus den Kanälen 9 und 10 wird "bestimmt von der Grießleistunfr bzw, der Durchflußmenge/Zeiteinheit und dem Kanalquerschnitt, und zwar entspricht das Produkt von Kanalquersch^itt und HetallstrahXgeschwindigkeit ν der Gießleistung. Diese Metallstrahlgeschwindigkeit kann somit bei einer bestimmten Gießleistuiig durch eine entsprechende Dimensionierung des Kanalquerschnittes eingestellt werden. Eine bestimmte Einstellung der Metallstrahlgeschwindigkeit ist erforderlich, um die einschlußabscheidende Wirkung zu erzielen. Sie muß auf den Abstand a abgestimmt sein. Der Zusammenhang zwischen ji und ν wird im folgenden noch näher erläutert.

Mit 17 ist die Ebene durch die Oberkante des Bodens 8 bezeichnet. Das Gießrohr 18, welches in bekannter Weise durch einen (nicht dargestellten) heb- und senkbaren Stopfen verschließbar sein kann, ist in die öffnung einer wassergekühlten Stranggußkokille 19 eingesetzt, aus welcher Kokille der Gußstrang 20 mit noch flüssigem Kern 21 und einer erstarrten Strangschale 22 kontinuierlich ausgezogen wird, it 23 sind Stütz- und Führungsroilen bezeichnet. Der Gießspiegel ist zweckmäßig mit einer Schicht Gießpiilver 21- zum Schutz gegen Oxydation und Wärmeabstrahlung abgedeckt. Nach Beendigung des Gießens kann durch öffnung eines Abstichloches 25 der im Einlaufteil des Zwischengefäßes verbleibende Stahl entleert werden·

Fig. 2 veranschaulicht die Ausbildung der drei aus den Bohrungen 9 bzw. 10 austretenden Metallstrahle 11, welche ohne Aufreißen der Schlackenschicht 15 Wellen oder Wölbungen 12 bilden.

Nach Fipc. 3 ist eine Trennwand 26 mit einer in der Nähe des Bodens 8 befindlichen Durchtrittsöffnung 27 vorgesehen. Hinter der Trennwand 26 weist der Boden 8 eine Stufung .^8 auf, deren vertikaler Teil zusammen mit der Trennwand 26 einen vertikalen Kanal 29 bildet, aus dem ein Metallstrahl 30 zur Abgabe der in ihm enthaltenen nichtmetallischen Einschlüsse unter Bildung einer Wölbung 31 nach oben gegen die Schlackenschicht 15 strömt.

In dem Diagramm nach Fig. 4- ist auf der Abszisse der Abstand a^ in cm und auf der Ordinate die Geschwindigkeit ν in cm/sec des aus den Bohrungen 10 bzw. dem Kanal 29 frei nach oben strömenden Metallstrahls eingetragen. Innerhalb des als zweckmäßig gefundenen Bereiches von 3 bis 30 cm für den Abstand a^ soll die dazugehörige Geschwindigkeit ν im schraffierten Feld A liegen; die Geschwindigkeit kann somit beim kleinsten Wert von a. 3»5 bis 17,5 cm/sec betragen und proportional bis auf max. 31,0 bis 45 cm/sec beim größten Wert von sl ansteigen. Bei Unterschreiten der unteren Grenzlinie 36 erfolgt eine ungenügende Abscheiduixg (Feld C), bei Überschreiten der oberen Grenzlinie 37 tritt infolge zu hoher Geschwindigkeit und Auftretens von Turbulenzströmungen an der Metallsumpfoberfläche ein Mitreißen von Schlackenteilchen ein, wodurch sich ebenfalls eine unzureichende Abscheidung ergibt (Feld B). Geringfügige Schwankungen von ει und ν können während des Gießens auftreten; dies ist aber kein Nachteil, wenn & und ν im Feld A der Fig. 4 gehalten werden, was bei normalem Gießbetrieb ohne Schwierigkeiten möglich ist. Mit 32, 33 bzw. 34-, 35 sind Werte für a bezeichnet, welche bei den nachfolgenden Beispielen erhalten worden sind.

Beispiel 1: Auf einer Stahlbrammenstranggießanlage wurde ein Stahl mit

C Si Mn P S Al 0,05 % 0",00 % 0,^0 % 0,013 % 0,018 % 0,045 %

vergossen, wobei ein Zwischenp:efäß nach Fig. 1 verwendet wurde. Der Kokillenquerschnitt betrug 1300 χ 225 ram und die Absenkgeschwindigkeit des Stranges 0,73 m/rain; daraus ergibt sich eine Gfeßleistung von 1,5 t/min, ν wurde mit etwa 13 cm/sec festgelegt, woraus sich ein Gesamtquerschnitt

ρ für die Bohrungen 9» 10 von etwa 275 cm errechn.-t; somit ergibt sich für jede der drei über den Querschnitt des Zvrischengefäßes gleichmäßig verteilten Bohrungen 9 und ein Durchmesser von 10,8 cm. b_ betrug 20 cm. Im Abflußteil wurde der Metallsumpf auf eine Höhe h,. von 25 bis 28 cm eingestellt, so daß & 5 bis 8 cm betrug. Die mittler* Breite des Zwischengefäßes 6 betrug etwa 75 cm, woraus sich ein mittlerer Querschnitt des Stahls vor ttzw. nach der Trennwand 4- von 1870 bis 2100 cm errechnet; demnach ist auch die Scrömungsgeschwindigkeit des Stahls im Vergleich zu (jener in den Bohrungen 9» 10 vor bzw. nach der Trennwand rund siebenmal kleiner. Durch die Umlenkung des Stahls nach oben und durch die Beschleunigung auf eine höhere Geschwindigkeit wurde eine gute Abscheidung dar Aluminiumoxyde erreicht. Die Brammen mußten nur örtlich von Hand geflammt werden und bei der Sortierung der aus diesen Brammen in üblicher Weise hergestellten kaltgewalzten Feinbleche sind nur 0,5 % wegen metallurgisch bedingter Oberflächenfehler ausgefallen.

Beispiel 2: Auf der gleichen Stranggießanlage wurde ein Stahl mit

C Si Mn P S Al

0,06 % 0,00 % 0,35 % 0,012 % 0,016 % 0,055 %

vergossen, wobei ein Zwischengefäß nach Fig. 1 verwendet

wurde, welches anstelle von drei kreisrunden Bohrungen 9i 10 einen einzigen rechteckigen Kanal zur Umlenkung des Stahls und Beschleunigung seiner Strömungsgeschwindigkeit aufwies. Der Kokillenquerschnitt betrug 1000 χ 225 mm und die Absenkgeschwindigkeit des Stranges 0,75 m/min; daraus ergibt sich eine Gießleistung von 1,18 t/min. Für dieses 3eispiel wurde ν mit etwa 22 cm/sec festgelegt, was einem

2
Querschnitt von etwa 128 λπι entspricht. b_ betrug 15 cm, Im Abflußteil wurde der Notallsumpf auf eine Höhe h^ von 28 bis 31 cm eingestellt, so daß a. 13 bis 16 cm betrug. In ötrömungsrichtung gesehen, betrug der Querschnitt des Stahls im Zwischengefäß vor bzw. nach der Trennwand 2100 bis

2330 cm ; in diesen Bereichen ist also die Strömungsgeschwindigkeit des Stahls etwa 16 bis 18nal kleiner als im

ρ rechteckigen Durchtrittsquerschnitt von etwa 128 cm . Auch unter diesen B9dingungen war die Abscheidung der Aluminiumoxj^de aus dem Stahl zufriedenstallend. Bei einem Flämmverlust von nur 0,5 Gew.-% ergab sich bei der Sortierung der aus diesen B .»ammeη hergestellten Feinbleche ein durch, metallurgische Oberflächenfehler bedingter Ausschuß von 0,7 %.

Claims (2)

Schutzansprüche

1. Gefäß zum Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus schmelzflüssigem Metall, insbesondere Zwischengefäß in einer Stranggießanlage, in der aluminiumberuhigter weicher Stahl vergossen wird, mit einer Trennwand zwischen zufließendem und abfließendem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand mindestens eine öffnung in Bodennähe aufweist und daß hinter der Trennwand (4-,26) ein von der öffnung ausgehender, nach oben gerichteter Kanal (10, 29) aus feuerfestem Material vorgesehen ist, dessen Mündung in einem Abstand (a) unterhalb der im Zwischengefäß vorgesehenen Metallsumpfoberfläche (13) endigt.

2. Zwischengefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen der Metallsumpfoberfläche (13) und der Oberkante des nach oben, gerichteten. Kanals (10,.29) 3 bis 30 cm beträgt.