EP1250972A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen Download PDF

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EP1250972A2
EP1250972A2 EP02006338A EP02006338A EP1250972A2 EP 1250972 A2 EP1250972 A2 EP 1250972A2 EP 02006338 A EP02006338 A EP 02006338A EP 02006338 A EP02006338 A EP 02006338A EP 1250972 A2 EP1250972 A2 EP 1250972A2
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mold
amplitude
walls
ultrasonic
melt
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Hans Streubel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous casting of slabs, in particular of thin slabs made of steel using a continuous mold with the inside wall molten mold walls covered with cooling liquid are flowed through or can be cooled in contact with coolers.
  • the molten steel occurs particularly in the area of the bath level the mold with high heat flow density very high temperature stresses Mold walls that lead to their disadvantageous changes and thus shorten the reworking intervals of the molds Surface quality of the casting strand is impaired.
  • the level of the temperature stress on the mold walls is essentially of functional parameters such as casting speed, copper wall thickness before coolant, possible bath level fluctuations, steel quality, mold wall quality and, in a special way, the nature of a layer of mold powder dependent.
  • Document EP 0 807 477 A1 describes a system for continuous Casting metal strands from molten metal using a mold, that of side walls with cooling channels adjoining outer wall areas is surrounded.
  • the outside of the mold walls have a variety of electromagnetic Devices on the mold walls independently, separately as well are arranged differently to the casting direction and to produce pulsating electromagnetic fields to the axis of the mold and along the length of the belt wandering, being excited.
  • current pulses from the electromagnets are in the strength up to 100 KA are provided to the pulsating electromagnetic Generate field that interacts with the melt.
  • the document EP 0 807 478 A1 describes a continuous mold for casting Strands with different cross-sectional shapes, the mold of the plate type or can be tubular and has cooled side walls, at least an elongated peripheral area with electrically insulated elements as well form with two insulated ends each. On the side walls are electromagnetic Waves generated, at least with the frozen Strand shell should interact.
  • EP 0 807 475 A1 describes a method for generating transverse vibrations in the walls of a continuous mold for slabs using pulsation a liquid.
  • the mold sometimes has one or more peripheral ones Areas where cooling fluid circulates around the side walls of the mold and the cooling circuit with transition channels in direct contact with one or several of the side walls.
  • the cooling medium With the help of at least one pump with one Supply and discharge line in connection with an outlet, the cooling medium in Circulation offset around the side walls of the mold.
  • the pressure of the coolant and the pulsation in the pressure curve is dependent on the desired transverse vibration a side wall.
  • EP 0 698 434 A1 describes a continuous caster for casting thin slabs made of steel with an electromagnetic brake device for through a dip tube poured into the mold melt.
  • the braking device exists of one coil each arranged on the broad sides of the mold with a ferromagnetic Core and a yoke enclosing the mold.
  • To create a simple, inexpensive and definable braking device are the ferromagnetic cores each consisting of a main core and a casting strand side Partial core formed, with different partial cores for adaptation of the magnetic field can alternatively be used in changing casting conditions.
  • the document WO 99/02 286 describes an electromagnetic stirring method for a mold of the plate type for the continuous casting of blooms, plates or Round material, using means for producing a magnetic Field in interaction with the molten metal within the mold. in this connection is intended to circulate electrical current directly along the side walls of the Chill mold can be built. There should also be electromagnetic forces across Pouring direction are generated to separate the strand shell of the solidifying Cause metal from the side walls of the mold and thereby the friction between the strand shell and the side wall.
  • the object of the invention based on a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 to perfect and improve it so that the heat transfer between the melt and the mold walls, especially in the area of Bath level of the melt is significantly reduced, so that special steels, such as peritectic steels, can be cast easily.
  • Farther is intended with the invention of the coefficient of friction between the strand shell and the Mold walls can be significantly reduced, so that the rework cycles for the Mold walls increased and thus the availability of the mold significantly is extended.
  • the process for continuously casting slabs provides a solution to the problem, in particular of thin slabs of steel, according to the preamble of claim 1 before that the mold walls using ultrasonic sensors in Ultrasonic vibrations with a comparatively high frequency and adapted amplitude are offset such that the heat transfer between the melt and Mold wall and the coefficient of friction between the strand shell and the mold wall is reduced.
  • This makes both the thermal and mechanical high stress on the mold walls, especially in the area of the bathroom mirror, of the so-called meniscus, significantly reduced.
  • the wear of the mold plates in this area decreases and the availability of the mold is in increased in the same way.
  • the proposed invention the casting of critical steel qualities, e.g. peritectic steels, possible.
  • the vibration parameters frequency and amplitude can be different Individual ultrasound transmitters based on observed operating results can be set. This makes sense because of the vibration parameters of a number of interacting influencing factors such as type the mold, thickness and material of the mold walls, arrangement and size of the Coolant channels in the mold walls etc. depend and therefore on a case by case basis can be very different.
  • an embodiment of the method according to the invention provides that Ultrasonic waves are emitted in the direction perpendicular to a mold wall against this become.
  • ultrasonic sensors on the outside of Mold walls at the level of the liquid level or the meniscus, or just below be arranged in the same, so that in the particularly thermal and mechanical highly stressed area of the mold walls in particular be intensively protected.
  • the experience of Casting technician are introduced on site in the inventive method.
  • Ultrasound transmitters can be arranged on the wide and narrow sides of the mold.
  • They can also be arranged in rows one above the other or one above the other, such that that with it all possible essential areas of the mold plates with ultrasonic waves be sonicated for differences in their training and adherence to avoid from the outset.
  • the mold walls 13, 13 'and preferably in at least two rows with one another Height of the bath level or meniscus 11 arranged ultrasound transmitter 6, 6 ', and in such a way that its ultrasonic waves 7, 7 'hit the walls 13, 13' cut the mold 5 at right angles and in the area of Bath level 11 penetrate into the melt 9 or into the strand shell 8. there reduce the contact between the melt and the mold wall 13, 13 'in the casting area 11 or between the strand shell 8 and the mold wall 13, 13 'and lead to a significant reduction in the heat flow density as well the friction between the mold walls and the melt 9.
  • the invention is both economical due to higher availability the mold walls, as well as from an operational point of view because of the possibility of easy casting of so-called critical steels such as peritectic Steels enrich the continuous casting technology.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, unter Verwendung einer Durchlaufkokille (5) mit innenwandseitig mit Schmelze (2) beaufschlagten Kokillenwänden (13, 13'), die von Kühlflüssigkeit durchflossen sind bzw. im Kontakt mit Kühlkästen kühlbar sind. Insbesondere zum Stranggießen kritischer Stahlsorten werden die Kokillenwände (13, 13') unter Verwendung von Ultraschallgebern (6, 6') in Ultraschallvibrationen mit vergleichsweise hoher Frequenz und angepaßter Amplitude derart versetzt, dass der Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenwand sowie der Reibungskoeffizient zwischen Strangschale und Kokillenwand reduziert wird. Hierzu werden zumindest im Badspiegelbereich (11) außen an den Kokillenwänden (13, 13') Ultraschallgeber (6, 6') angeordnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl unter Verwendung einer Durchlaufkokille mit innenwandseitig mit Schmelze beaufschlagten Kokillenwänden, die von Kühlflüssigkeit durchflossen sind bzw. in Kontakt mit Kühlkästen kühlbar sind.
Beim Stranggießen von Dünnbrammen aus Stahl können die Kokillenwände der hierfür vorgesehenen Kokillen aus gießtechnischen und insbesondere aus Gründen der Qualität des Gießproduktes nur in einem begrenzten Dickenbereich eingesetzt werden.
Dabei treten besonders im Bereich des Badspiegels der Stahlschmelze innerhalb der Kokille großer Wärmestromdichte sehr hohe Temperaturbeanspruchungen der Kokillenwände auf, die zu deren nachteiligen Veränderungen führen und damit verkürzte Nacharbeitsintervalle der Kokillen erforderlich machen.Weiterhin wird die Oberflächenqualität des Gießstranges beeinträchtigt.
Die Höhe der Temperaturbeanspruchung der Kokillenwände ist im wesentlichen von Funktionsparametern wie Gießgeschwindigkeit, Kupferwandstärke vor Kühlflüssigkeit, möglichen Badspiegelschwankungen, Stahlqualität, Kokillenwandqualität sowie in besonderer Weise von der Beschaffenheit einer Gießpulverschicht abhängig.
In der Stranggießtechnik ist es bekannt, den Wärmeübergang von Schmelze und Kokillenwand durch Induktion von Oszillation bzw. Vibrationen zu reduzieren. Prinzipiell gibt es hierzu mehrere Möglichkeiten:
  • a) Anordnung von Vibratoren zur direkten Einwirkung an den Kokillenwänden;
  • b) Erregung elektromagnetischer Kraftfelder zur Einwirkung auf die Schmelze;
  • c) Vorrichtungen zur Pulsation der Flüssigkeit in den Kokillenwänden.
    • Das Dokument EP 0 807 477 A1 beschreibt eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen aus Metallschmelze unter Verwendung einer Kokille, die von Seitenwänden mit an äußeren Wandbereichen angrenzenden Kühlkanälen umgeben ist. Die Außenseiten der Kokillenwände besitzen eine Vielzahl elektromagnetischer Vorrichtungen, die an den Kokillenwänden unabhängig, separat sowie unterschiedlich zur Gießrichtung angeordnet sind und zur Erzeugung pulsierender elektromagnetischer Felder zur Achse der Kokille und entlang der Bandlänge wandernd, erregt werden. Hierzu sind Stromimpulse der Elektromagnete in der Stärke bis zu 100 KA vorgesehen sind, um das pulsierende elektromagnetische Feld zu erzeugen, welches mit der Schmelze zusammenwirkt.
    Das Dokument EP 0 807 478 A1 beschreibt eine Durchlaufkokille zum Gießen von Strängen mit unterschiedlichen Querschnittsformen, wobei die Kokille vom Platten-Typ oder rohrförmig sein kann und gekühlte Seitenwände besitzt, die zumindest einen länglichen Umfangsbereich mit elektrisch isolierten Elementen sowie mit jeweils zwei isolierten Enden ausbilden. An den Seitenwänden werden elektromagnetische Wellen erzeugt, die zumindest mit der in Erstarrung begriffenen Strangschale zusammenwirken sollen.
    Die EP 0 807 475 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen quergerichteter Vibrationen in den Wänden einer Durchlaufkokille für Brammen mittels Pulsation einer Flüssigkeit. Hierzu besitzt die Kokille fallweise einen oder mehrere periphere Bereiche, worin Kühlflüssigkeit um die Seitenwände der Kokille herum zirkuliert und der Kühlkreislauf mit Übergangskanälen in direktem Kontakt mit einer oder mehreren der Seitenwände steht. Mit Hilfe wenigstens einer Pumpe mit je einer Zu- und Abfuhrleitung in Verbindung mit einem Auslaß wird das Kühlmedium in Zirkulation um die Seitenwände der Kokille versetzt. Der Druck der Kühlflüssigkeit und die Pulsation im Druckverlauf ist abhängig von der gewünschten Quer-Vibration einer Seitenwand.
    Die EP 0 698 434 A1 beschreibt eine Stranggießanlage zum Gießen von Dünnbrammen aus Stahl mit einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung für die durch ein Tauchgießrohr in die Kokille eingeleitete Schmelze. Die Bremsvorrichtung besteht aus je einer an den Kokillenbreitseiten angeordneten Spule mit einem ferromagnetischen Kern sowie einem die Kokille umschließenden Joch. Zur Schaffung einer einfachen, kostengünstigen und definierbar einzustellenden Bremsvorrichtung sind die ferromagnetischen Kerne aus je einem Hauptkern und einem gießstrangseitigen Teilkern gebildet, wobei unterschiedliche Teilkerne zur Anpassung des Magnetfeldes an wechselnde Gießbedingungen wahlweise einsetzbar sind.
    Das Dokument WO 99/02 286 beschreibt ein elektromagnetisches Rührverfahren für eine Kokille der Plattenbauart zum Stranggießen von Vorblöcken, Platten oder Rundmaterial, unter Verwendung von Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Zusammenwirken mit der Metallschmelze innerhalb der Kokille. Hierbei soll eine Zirkulation von elektrischem Strom direkt entlang der Seitenwände der Kokille aufgebaut werden. Es sollen ferner elektromagnetische Kräfte quer zur Gießrichtung erzeugt werden, um eine Trennung der Strangschale des erstarrenden Metalls von den Seitenwänden der Kokille zu bewirken und hierdurch die Reibung zwischen Strangschale und Seitenwand zu reduzieren.
    Im Dokument JP 59 110 451 wird eine Stranggießanlage für Stahlstränge mit verringerten Oszillationsmarkierungen sowie geringerer Oberflächenrauhigkeit beschrieben. Hierzu wird die Kokille einer vertikalen, sogenannten Mikrooszillation durch elektromagnetische Vibratoren unterworfen, die auf den Kokillenrahmen einwirken.
    Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art weiter zu vervollkommnen und derart zu verbessern, dass damit der Wärmeübergang zwischen der Schmelze und den Kokillenwänden, insbesondere im Bereich des Badspiegels der Schmelze deutlich verringert wird, so dass auch Sonderstähle, wie bspw. peritektische Stähle, problemlos gegossen werden können. Weiterhin soll mit der Erfindung der Reibungskoeffizient zwischen der Strangschale und den Kokillenwänden deutlich verringert werden, so dass die Nacharbeitszyklen für die Kokillenwände erhöht und damit insgesamt die Verfügbarkeit der Kokille wesentlich verlängert wird.
    Zur Lösung der Aufgabe sieht das Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 vor, dass die Kokillenwände unter Verwendung von Ultraschallgebern in Ultraschallvibrationen mit vergleichsweise hoher Frequenz und angepaßter Amplitude derart versetzt werden, dass der Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenwand sowie der Reibungskoeffizient zwischen Strangschale und Kokillenwand reduziert wird. Dadurch wird sowohl die thermische als auch mechanische hohe Beanspruchung der Kokillenwände, insbesondere im Bereich des Badspiegels, des sogenannten Meniskus, signifikant reduziert. Der Verschleiß der Kokillenplatten in diesem Bereich nimmt ab und die Verfügbarkeit der Kokille wird in gleicher Weise erhöht. Mit der vorgeschlagenen Erfindung wird das Gießen von kritischen Stahlqualitäten, bspw. peritektischen Stählen, möglich.
    Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sehen vor, dass Frequenz und Amplitude der erzwungenen Schwingung der Kokillenplatten nach Maßgabe des erwünschten Betriebsergebnisses optimal eingestellt werden.
    Dabei können die Schwingungsparameter Frequenz und Amplitude unterschiedlicher Ultraschallgeber nach Maßgabe von beobachteten Betriebsergebnissen individuell eingestellt werden. Dies ist deshalb sinnvoll, weil die Schwingungsparameter von einer Anzahl miteinander zusammenwirkender Einflußgrößen wie Bauart der Kokille, Dicke und Material der Kokillenwände, Anordnung und Größe der Kühlmittelkanäle in den Kokillenwänden etc. abhängen und daher von Fall zu Fall sehr unterschiedlich sein können.
    Weiterhin sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Ultraschallwellen in Richtung senkrecht zu einer Kokillenwand gegen diese emittiert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass Ultraschallgeber an Außenseiten von Kokillenwänden in Höhe des Gießspiegels bzw. des Meniskus, oder dicht unterhalb desselben angeordnet werden, so dass in dem besonders thermisch und mechanisch hochbeanspruchten Bereich der Beanspruchung die Kokillenwände besonders intensiv geschützt werden. Mit Vorteil kann folglich die Erfahrung des Gießtechnikers vor Ort in das erfindungsgemäße Verfahren eingebracht werden.
    Hierbei können nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens Ultraschallgeber an Breit- und Schmalseiten der Kokille angeordnet werden.
    Auch können sie in Reihen unter- bzw. übereinander angeordnet werden, derart, dass damit möglichst alle wesentlichen Bereiche der Kokillenplatten mit Ultraschallwellen beschallt werden, um Unterschiede in deren Ausbildung und Haftfähigkeit von vornherein zu vermeiden.
    Dazu kann dann die weitere Maßnahme angewandt werden, dass die Schwingungsamplitude eines jeden Schallgebers mittels Einstellung der Stromstärke angepaßt wird.
    Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
    Dieses zeigt in anschaulicher Weise eine Stranggießanlage mit einem einen Vorrat an Schmelze 2 enthaltenden Verteiler 1. Aus diesem wird unter Mengenregelung mit Hilfe des Regelorgans 3 durch das Tauchgießrohr 4 in kontinuierlichem Fluß Schmelze aus dem Verteiler 1 entnommen und in die Durchlaufkokille 5 geleitet.
    Dabei bildet sich unterhalb des Gießspiegels bzw. des Meniskus 11 in Gießrichtung ein Gießstrang 10 mit einer stetig wachsenden Strangschale 8 aus, welche einen flüssigen Kern 9 bis zu dessen Sumpfspitze 12 umgibt.
    Nach der Erfindung sind an der Außenseite der Kokille 5 bzw. außen an den Kokillenwänden 13, 13' und bevorzugt in wenigstens zwei Reihen untereinander in Höhe des Badspiegels bzw. Meniskus 11 Ultraschallgeber 6, 6' angeordnet, und zwar in einer solchen Weise, dass ihre Ultraschallwellen 7, 7' die Wände 13, 13' der Kokille 5 im rechten Winkel durchdringend schneiden und im Bereich des Badspiegels 11 in die Schmelze 9 bzw. in die Strangschale 8 eindringen. Dabei reduzieren sie den Berührungskontakt zwischen Schmelze und Kokillenwand 13, 13' im Gießspiegelbereich 11 bzw. zwischen Strangschale 8 und Kokillenwand 13, 13' auf und führen zu einer signifikanten Reduktion der Wärmestromdichte sowie der Reibung zwischen Kokillenwänden und Schmelze 9.
    Nach allem ist die Erfindung sowohl wirtschaftlich aufgrund höherer Verfügbarkeit der Kokillenwände, als auch aus betrieblicher Sicht wegen der Möglichkeit des problemlosen Gießens sogenannter kritischer Stähle wie bspw. peritektischer Stähle eine Bereicherung der Stranggußtechnologie.
    Liste der Bezugszeichen
    1
    Verteiler
    2
    Schmelzbad
    3
    Regelorgan
    4
    Tauchgießrohr
    5
    Kokille
    6
    Ultraschallgeber
    7
    Ultraschallwellen
    8
    Strangschale
    9
    flüssiger Kern mit Sumpfspitze
    10
    Gießstrang
    11
    Meniskus in der Kokille
    12
    Sumpfspitze
    13
    Kokillenwände

    Claims (10)

    1. Verfahren zum Stranggießen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, unter Verwendung einer Durchlaufkokille (5) mit innenwandseitig mit Schmelze (2) beaufschlagten Kokillenwänden (13, 13'), die von Kühlflüssigkeit durchflossen sind bzw. im Kontakt mit Kühlkästen kühlbar sind,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenwände (13, 13') unter Verwendung von Ultraschallgebern (6, 6') in Ultraschallvibrationen mit vergleichsweise hoher Frequenz und angepaßter Amplitude derart versetzt werden, dass der Wärmeübergang zwischen Schmelze und Kokillenwand sowie der Reibungskoeffizient zwischen Strangschale und Kokillenwand reduziert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass Frequenz und Amplitude nach Maßgabe des Betriebsergebnisses eingestellt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsparameter Frequenz und Amplitude unterschiedlicher Ultraschallgeber (6, 6') nach Maßgabe von beobachteten Betriebsergebnissen individuell eingestellt werden.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallwellen (7, 7') in Richtung senkrecht zur Kokillenwand (13, 13') gegen diese emittiert werden.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallgeb_er unter einem Winkel bis zu 45° in Gießrichtung angeordnet sind.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallgeber (6 , 6') an Außenseiten der Kokillenwände (13, 13') in Höhe des Badspiegels (11), oder dicht unterhalb desselben angeordnet werden.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallgeber (6, 6') an Breit- und Schmalseiten einer Kokille (5) angeordnet werden.
    8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallgeber (6, 6') in Reihen unter- bzw. übereinander angeordnet werden.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsamplitude eines Schallgebers (6) mittels Einstellung der Stromstärke angepaßt wird.
    10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
      der Ansprüche 1 bis 9,
      gekennzeichnet durch
      die Anordnung wenigstens eines Ultraschallgebers (6, 6') zumindest im Badspiegelbereich (11) an den Kokillenwänden (13, 13') einer Durchlaufkokille (5).
    EP02006338A 2001-04-20 2002-03-21 Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen Withdrawn EP1250972A3 (de)

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    DE10119355 2001-04-20

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