EP1286799A1 - Verfahren zum herstellen eines stranggegossenen vorproduktes - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines stranggegossenen vorproduktes

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EP1286799A1
EP1286799A1 EP01933740A EP01933740A EP1286799A1 EP 1286799 A1 EP1286799 A1 EP 1286799A1 EP 01933740 A EP01933740 A EP 01933740A EP 01933740 A EP01933740 A EP 01933740A EP 1286799 A1 EP1286799 A1 EP 1286799A1
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EP
European Patent Office
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mold
immersion
width
spout
product
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EP01933740A
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English (en)
French (fr)
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EP1286799B1 (de
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Josef Watzinger
Markus Brummayer
Philipp Gittler
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP1286799B1 publication Critical patent/EP1286799B1/de
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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
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • 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
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal

Definitions

  • melt preferably steel melt
  • a dip spout which is suitable for use in the continuous casting of slabs and in which the melt exits directed below the bath level through outlet openings located laterally opposite one another to the narrow side walls of the mold.
  • An essential feature of this immersion nozzle is its constant outer wall distance from the strand shell that forms along the broad side wall.
  • this immersion nozzle is suitable for a width-thickness ratio of the cast strand or the mold cross section of a maximum of 8. In the case of larger width-thickness ratios, however, this immersion nozzle does not guarantee a mold flow that creates uniform solidification conditions.
  • FIG. 1 This unfavorable formation of the flow conditions is shown in FIG. 1 using a flow thread.
  • the exit jet hits the bath surface in the area between the immersion spout and the narrow mold side wall and divides there into two partial jets. This phenomenon leads to uneven melting of the casting powder on the bath surface and to a local impairment of the sliding behavior between Strand and mold wall.
  • the object of the invention is therefore to avoid the disadvantages described and to propose a method for producing a continuously cast preliminary product, as well as the continuous casting installation required for this, and an immersion spout for use in this continuous casting installation, even in the case of large casting widths, uniform solidification conditions for the strand and uniform melting and distribution conditions for the mold powder are ensured. Furthermore, a defined swirl system in the mold should be created by a defined steel supply through the immersion spout, which is formed by two large and round upward swirls. Furthermore, it is an object of the invention to not allow any strong lateral deflection of the exit jets, in particular to avoid premature reefing of the exit jet onto the bathroom mirror.
  • This object is achieved according to the invention by a method which is characterized in that the melt leaves the immersion spout through mutually opposite outlet openings with movement impulse directed towards the narrow side walls of the mold and for a certain width-thickness ratio of the preliminary product as a function of the ratio of the speed of the Melt in the core cross-section of the immersion nozzle (v k ) to the pouring speed (v c )
  • Design values for the width (b) of the immersion tube and the height (h) of the lateral outlet opening of the immersion nozzle are selected so that there is even strand formation in the pouring direction and circumferential direction along the Broad side walls and narrow side walls of the mold.
  • ⁇ 0.1.
  • B width of the preliminary product (mm)
  • D thickness of the preliminary product (mm)
  • b width of the immersion nozzle (mm)
  • h height of the lateral outlet opening of the immersion nozzle (mm)
  • ⁇ ratio (dimensionless)
  • Bedingung-values from 0.011 to 0.015 result from the above condition.
  • the measures according to the invention further ensure that a system with large pronounced vertebrae can build up.
  • the exit jet leaving the immersion nozzle between the two broad sides of the mold must not be slowed down too much.
  • the braking effect on the exit jet is determined by wall friction caused by the contact of the moving exit jet with the strand shell. Since the braking friction force increases approximately with the square of the flow velocity, the exit velocity is kept low according to the invention.
  • the casting speed v c is preferably set to a value between 0.5 m / min and 1.5 m / min in the proposed preliminary product cross sections.
  • a continuous caster according to the invention for producing a continuously cast preliminary product, in particular of wide slabs, with a thickness of the preliminary product D> 100 mm and a width of the preliminary product B 2700 mm to 3500 mm at a casting speed of v c ⁇ 2 m / min, consisting of a
  • This is the result of a mold formed by broad side walls and narrow side walls, an immersion spout protruding into the mold on the inlet side and a storage container for the melt, as well as devices on the outlet side of the mold for withdrawing, guiding and cooling the partially solidified liquid core and a solidified strand shell in the mold characterized in that the immersion nozzle contains opposing outlet openings in the operating position oriented towards the narrow side walls of the mold, and that the internal dimensions of the mold at the level of the lateral outlet openings of the immersion nozzle essentially correspond to the dimensions and the width (b) of the immersion nozzle and the height (h) of the lateral outlet opening of the immersion nozzle in relation to one certain width
  • ⁇ 0.1.
  • a continuous caster of this type is particularly suitable if the primary product is
  • Thickness ratio - 15-25, preferably a width-thickness ratio - of D D about 20.
  • the inner base of the immersion nozzle is inclined from the immersion nozzle center to the outlet opening in the pouring direction.
  • Particularly favorable conditions result if the inclination of the inner bottom of the immersion spout is 10 ° to 20 °, preferably approximately 15 °.
  • ⁇ is determined according to the condition ⁇ .
  • the inner floor of the immersion spout is inclined from the inner floor center to the outlet opening.
  • the inclination of the inner bottom of the immersion nozzle is 10 ° to 20 °, preferably approximately 15 °. This significantly strengthens the tendency to form a swirl-free exit jet. Only two, essentially rectangular, outlet openings are arranged on the immersion spout.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the mold flow when using a
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the mold flow when using a
  • FIG. 3 a part of a longitudinal section through the immersion spout according to the invention
  • FIG. 3b schematic floor plan with mold and immersion spout along the
  • Steel continuous casting plants for the production of wide slabs are generally known, described in the literature and essentially consist of an intermediate vessel for receiving the steel melt, from which the melt is transferred to an oscillating mold via a dip spout.
  • a partially rigid cast steel strand is challenged vertically downward from the mold and cooled in a subsequent guide and deflected in a horizontal direction.
  • the solidified cast strand is then cut into slabs using a flame cutting machine, which are then sent for further processing.
  • the casting of the cast strand takes place in an oscillating continuous casting mold 1 which, as shown schematically in FIG. 3b, is formed by opposite broad side walls 2, 3 and narrow side walls 4, 5 which can be clamped between them, the narrow side walls 4, 5 for setting different strand widths (B) can be moved transversely to the casting direction.
  • the inner surfaces of these walls form a format-defining space for the formation of a partially solid cast strand, which is conveyed out of the mold as a product.
  • the invention is limited to a method for producing a product with a width B of 2700 to 3500 mm and a thickness D> 100 mm and to a continuous casting plant with a mold which has these cross-sectional dimensions.
  • the cast strand does not undergo any significant deformation in the mold itself.
  • the melt to be cast is introduced into the continuous casting mold 1 from a storage container, which is not shown, but is notoriously known in such casting plants, via an immersion spout 6 below the bath level 7 formed by the melt in the mold, through lateral outlet openings 8 directed towards the narrow side walls 4, 5 ,
  • the melt flows through the immersion nozzle 6 in the vertical direction, which corresponds to the casting direction in the mold, at the speed Vk and becomes in the region of the closed inner bottom 9 of the immersion spout 6 is deflected to the lateral outlet openings 8 and exits through them into the mold space.
  • the inner bottom 9 is designed to be inclined in the casting direction in relation to the outlet opening 8.
  • the immersion spout thickness (d) is essentially determined by the thickness of the product (D).
  • the width (B) and the thickness (D) of the Vo ⁇ roduktes are determined by the production specifications. It follows that the width (b) of the immersion nozzle, the height (h) of the lateral outlet opening of the immersion nozzle and the dimensionless number ⁇ , which are essentially the ratio of the casting speed v c and the speed V k of the liquid steel in the immersion nozzle (Core cross section) describes, are freely selectable.
  • the value ⁇ in connection with the immersion nozzle geometry determines the melt speed in the immersion nozzle outlet cross-section and is therefore decisive for the quality of the mold flow.
  • conventional immersion spouts achieve ⁇ values of 0.006 to 0.008.
  • G values from 0.011 to 0.015 have to be achieved for casting over-wide cast strands with the same width-thickness ratio. This requires lower speeds in the immersion nozzle, which are achieved through large core and outlet cross sections.
  • the immersion spouts according to the invention are distinguished by the greater height h of the lateral outlet openings 8.
  • 1 shows a schematic representation of the formation of the mold flow using a flow filament when using a conventional immersion nozzle, the exit jet hitting the bath surface in the area between the immersion nozzle 6 and the narrow narrow side wall 4 and being divided there into two partial jets.
  • 2 shows the flow pattern with an immersion nozzle according to the invention, in which the flow is only divided into two partial flows in the area of the narrow side wall 4 and forms two approximately circular vortices.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Vorproduktes D > 100 mm und einer Breite des Vorproduktes B=2700 mm bis 3500 mm bei einer Giessgeschwindigkeit vc<2 m/min in einer Stranggiessanlage, sowie eine Stranggiessanlage zur Herstellung dieser Produkte und einen Tauchausguss hierfür. Zur Erzielung gleichmässiger Erstarrungsbedingungen für den Gussstrang und gleichmässiger Aufschmelz- und Verteilungsbedingungen für das Giesspulver wird vorgeschlagen, dass die Schmelze den Tauchausguss (6) durch einander gegenüberliegende Austrittsöffnungen (8) mit zu den Schmalseitenwänden (4, 5) der Kokille gerichteten Bewegungsimpuls verlässt und für ein bestimmtes Breiten-Dicken-Verhältnis des Vorproduktes in Abhängigkeit vom Verhältnis der Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des Tauchausgusses (vk) zur Giessgeschwindigkeit (vc) Auslegungswerte für die Breite (b) des Tauchrohres und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffnung des Tauchausgusses so gewählt werden, dass sich eine gleichmässige Strangschalenbildung in Giessrichtung und Umfangsrichtung entlang der Breitseitenwände (2, 3) und Schmalseitenwände der Kokille einstellt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Vorproduktes D > 100 mm und einer Breite des Vorproduktes B = 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit vc < 2 m/min in einer Stranggießanlage, wobei Schmelze, vorzugsweise Stahlschmelze, aus einem Vorratsbehälter über ein Tauchausguss in eine von Breitseitenwänden und Schmalseiten-wänden gebildete Kokille eingebracht und das in der Kokille teilerstarrte, einen flüssigen Kern und eine erstarrte Strangschale aufweisende Vorprodukt kontinuierlich aus der Kokille abgezogen und gekühlt wird, eine Stranggießanlage zur Herstellung eines stranggegossenen Vorproduktes und einen Tauchausguß zur Verwendung in dieser Stranggießanlage.
Bei Anwendung des Tauchgießverfahrens beim Stranggießen ist es üblich, die Schmelze von einem Vorratsbehälter, zumeist einem Zwischengefäß, durch einen an diesen gekoppelten Tauchausguss in eine oszillierende Kokille unterhalb eines mit Gießpulver bedeckten Badspiegels einzuleiten. Dieser Vorgang ist bei kleinen Kokillenquerschnitten problemlos durchführbar, führt jedoch insbesondere bei Kokillen mit großem Breiten- Dicken-Verhältnis zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung einer optimalen Kokillenströmung und damit zur Beeinträchtigung eines gleichmäßigen Strangschalenwachstums bei der allmählichen Erstarrung der Schmelze an der gekühlten Kokillenwand.
Aus der DE-C 19724232 ist bereits ein Verfahren zur Erzeugung von Vorprodukten in Form von Brammen in einer Stranggießanlage nach dem zuvor beschriebenen Prinzip bekannt. In diesem Fall wird die Schmelze durch einen nach unten in Gießrichtung offenen und sich zu den Schmalseitenwänden der Kokille trichterförmig erweiternden Tauchausguss unterhalb des Badspiegels in die Kokille eingebracht. Wendet man die im Anspruch 2 der DE-C 197 24232 angegebene Dimensionierungsvorschrift für den Tauchausguss hinsichtlich seiner Breite (b) auf die erfindungsgemäß vorgesehenen Breiten (B) des Vorproduktes beziehungsweise der Kokille von 2700mm bis 3500mm an, so ergeben sich daraus Tauchausgussbreiten (b) von etwa 385mm bis 2250mm, welche aus feuerfesten Materialien mit der für den Dauerbetrieb geforderten Haltbarkeit im Hochtemperatureinsatz nicht herstellbar sind. Zusätzlich verstärken derartig breite Tauchausgüsse die bekannten Probleme mit der Spaltströmung zwischen Tauchausgusswand und Breitseitenwand der Kokille.
Aus der DE-C 19647 363 ist ein Tauchausguss bekannt, welcher für die Anwendung beim Stranggießen von Brammen geeignet ist und bei dem die Schmelze durch seitlich einander gegenüberliegenden Austrittsöffnungen zu den Schmalseitenwänden der Kokille gerichtet unterhalb des Badspiegels austritt. Wesentliches Merkmal dieses Tauchausgusses ist sein konstanter Außenwandabstand zur sich entlang der Breitseitenwand bildenden Strangschale. Dadurch ist dieser Tauchausguss für ein Breiten-Dicken-Verhältnis des Gussstranges beziehungsweise des Kokillenquerschnittes von maximal 8 geeignet. Bei größeren Breiten-Dicken-Verhältnissen gewährleistet dieser Tauchausguss jedoch keine gleichmäßige Erstarrungsbedingungen schaffende Kokillenströmung.
Beim Stranggießen von Vorprodukten mit großen Breiten werden trotz üblicher Gießgeschwindigkeiten von 1,0 m/min bis 1,2 m/min sehr hohe Stahldurchsätze von bis zu 4 to/min und mehr erreicht. In der Praxis hat sich bei diesen hohen Stahldurchsätzen gezeigt, dass die entstehenden wirbelbildenden Strömungen in der Kokille sehr labil sind. Die Führungseigenschaft des Kokillenraumes für diese Strömung wird mit zunehmendem Abstand der Tauchausguss-Austrittsöffnung zur Schmalseitenwand schlechter. Zusätzlich wird der Austrittsstrahl infolge seiner hohen lokalen Strömungsgeschwindigkeit im Tauchausguss, sowie unmittelbar nach seinem Austritt aus der Tauchausguss-Austrittsöffnung, infolge des Widerstands der Schmelze und der großen Wandreibung entlang der Kokillenwände stark abgebremst und wegen des Unterdrucks zwischen Gießspiegel und Austrittsstrahl nach oben zum Gießspiegel hin abgelenkt. Visuell wird eine schwankende, oszillierende Badbewegung beobachtet, die sich ungünstig auf die Produktqualität auswirkt.
Diese ungünstige Ausbildung der Strömungsverhältnisse ist in Fig. 1 anhand eines Strömungsfadens dargestellt. Der Austrittsstrahl trifft im Bereich zwischen Tauchausguss und Kokillenschmalseitenwand auf die Badoberfläche und teilt sich dort in zwei Teilstrahlen. Diese Erscheinung führt zu ungleichmäßigem Aufschmelzen des Gießpulvers an der Badoberfläche und zu einer lokalen Beeinträchtigung des Gleitverhaltens zwischen Strang und Kokillenwand. Bei Einsatz von herkömmlichen Tauchausgüssen zum Gießen breiter Brammen ist es aus oben erwähnten Gründen schwierig, eine günstige und stabile Kokillenströmung zu erzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes, sowie die dazu notwendige Stranggießanlage und einen Tauchausguss zur Verwendung in dieser Stranggießanlage vorzuschlagen, wobei auch bei großen Gießbreiten gleichmäßige Erstarrungsbedingungen für den Strang und gleichmäßige Aufschmelz- und Verteilungsbedingungen für das Gießpulver sichergestellt sind. Weiters soll durch eine definierte Stahlzufuhr durch den Tauchausguss ein stabiles Wirbelsystem in der Kokille entstehen, welches von zwei großen und runden aufwärtsgerichteten Wirbeln gebildet wird. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung keine starke seitliche Ablenkung der Austrittsstrahlen zuzulassen, insbesondere ein vorzeitiges Auf reffen des Austrittsstrahles auf den Badspiegel zu vermeiden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schmelze den Tauchausguss durch einander gegenüberliegende Austrittsöffnungen mit zu den Schmalseitenwänden der Kokille gerichteten Bewegungsimpuls verlässt und für ein bestimmtes Breiten-Dicken- Verhältnis des Vorproduktes in Abhängigkeit vom Verhältnis der Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) Auslegungswerte für die Breite (b) des Tauchrohres und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffhung des Tauchausgusses so gewählt werden, dass sich eine gleichmäßige Strangschalenbildung in Gießrichtung und Umfangsrichtung entlang der Breitseitenwände und Schmalseitenwände der Kokille einstellt.
Optimale Verhältnisse für die Strangschalenbildung stellen sich ein, wenn der Tauchausguss in Relation zur Kokille den Bedingungen und - = 1,9 -2,0 h genügt und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des
Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende Verhältniszahl
ψ nach der Bedingung ψ = 0,1 bestimmt wird.
Es bedeuten: B = Breite des Vorproduktes (mm) D = Dicke des Vorproduktes (mm) b = Breite des Tauchausgusses (mm) h = Höhe der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses (mm) ψ = Verhältniszahl (dimensionslos)
Für die gewählten Breiten-Dicken- Verhältnisse ergeben sich aus obiger Bedingung ψ- Werte von 0,011 bis 0,015. Diese Werte drücken aus, dass für optimale Strömungsbedingungen geringe Strömungsgeschwindigkeiten im Tauchausguss notwendig sind, die erfindungsgemäß durch große Kern- und Austrittsquerschnitte am Tauchausguss erreicht werden. Durch die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit werden starke seitliche Ablenkungen des Austrittsstrahles vermieden, die durch den Unterdrück zwischen Austrittsstrahl und Gießspiegel hervorgerufen werden.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, ein stabiles Wirbelsystem mit großen und im wesentlichen runden aufwärts drehenden Wirbeln auszubilden, wie dies in Fig. 2 für die links des Tauchausgusses liegende Hälfte des Kokillenraumes anhand eines Strömungsfadens schematisch dargestellt ist. Der Wirbeldurchmesser entspricht etwa der halben Strangbreite. Der dazu notwendige Strahlaustrittswinkel von etwa 40 bis 45 ° wird durch die große Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses erzielt. Damit wird das bei starker Strömungsumlenkung im Tauchausguss (kleiner Austrittswinkel) bekannte Phänomen reduziert, dass der Austrittsstrahl nach kurzer Laufstrecke bereits zum Gießspiegel gelenkt wird. Durch die große Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung stellt sich eine nicht bzw. nur gering rotationsbehaftete Strömung ein. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird weiters sichergestellt, dass sich ein System mit großen ausgeprägten Wirbeln aufbauern kann. Dazu darf der den Tauchausguss verlassende Austrittsstrahl zwischen den beiden Kokillenbreitseiten nicht zu stark abgebremst werden. Die Bremswirkung auf den Austrittsstrahl wird durch Wandreibung bestimmt, die durch den Kontakt des bewegten Austrittsstrahles mit der Strangschale entsteht. Da die bremsende Reibungskraft etwa mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit wächst, wird die Austrittsgeschwindigkeit erfindungsgemäß niedrig gehalten.
Ein vorteilhafter Anwendungsbereich für das Verfahren ist gegeben, wenn das Vorprodukt
ein Breiten-Dicken- Verhältnis — = 15 - 25 , vorzugsweise ein Breiten-Dicken- Verhältnis ja
— von etwa 20, aufweist. D
Vorzugsweise wird bei den vorgeschlagenen Vorprodukt-Querschnitten die Gießgeschwindigkeit vc auf einen Wert zwischen 0,5 m/min und 1,5 m/min eingestellt.
Eine erfindungsgemäße Stranggießanlage zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Vorproduktes D>100 mm und einer Breite des Vorproduktes B= 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit von vc < 2 m/min, bestehend aus einer von Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildeten Kokille, einem eingangsseitig in die Kokille ragenden Tauchausguss und einem Vorratsbehälter für die Schmelze, sowie ausgangsseitig der Kokille angeordneten Einrichtungen zum Abziehen, Führen und Kühlen des in der Kokille teilerstarrten, einen flüssigen Kern und eine erstarrte Strangschale aufweisenden Voφroduktes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchausguss einander gegenüberliegende, in der Betriebsstellung zu den Schmalseitenwänden der Kokille hin orientierte Austrittsöf nungen enthält, dass die Innenabmessungen der Kokille auf dem Niveau der seitlichen Austrittsöffnungen des Tauchausgusses im wesentlichen den Abmessungen des Vorproduktes entsprechen und dass die Breite (b) des Tauchausgusses und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses in Relation zu einem bestimmten Breiten-Dicken- Verhältnis des Vorproduktes bzw der Kokille so festgelegt sind, dass die Bedingungen h 9 \ D
— = -ψ +
B 5 5 B und
7 = 1,9 - 2,0 h erfüllt sind und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des
Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende Verhältniszahl
ψ nach der Bedingung ψ = 0,1 • bestimmt ist.
Eine Stranggießanlage dieser Art ist besonders geeignet, wenn das Vorprodukt ein Breiten-
B B
Dicken- Verhältnis — = 15 - 25 , vorzugsweise ein Breiten-Dicken- Verhältnis — von D D etwa 20, aufweist.
Zur Erzielung eines optimalen Strahlaustrittswinkels ist der Innenboden des Tauchausgusses von der Tauchausgussmitte zur Austrittsöffiiung in Gießrichtung geneigt ausgebildet. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die Neigung des Innenbodens des Tauchausgusses 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15°, beträgt.
Ein erfindungsgemäßer Tauchausguss zur Verwendung in einer Stranggießanlage zum Herstellen eines stranggegossenen Vorproduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Vorproduktes D>100 mm und einer Breite des Vorproduktes B= 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit von vc < 2 m/min, wobei diese Stranggießanlage eine von Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildete Kokille aufweist, in die der Tauchausguss im Betrieb hineinragt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchausguss einander gegenüberliegende seitliche Austrittsöffnungen und einen geschlossenen Innenboden aufweist, dass die Innenabmessungen der Kokille auf dem Niveau der seitlichen Austrittsöffnungen des Tauchausgusses im wesentlichen den Abmessungen des Voφroduktes entsprechen, dass die Breite (b) des Tauchausgusses und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses in Relation zu einem bestimmten Breiten-Dicken- Verhältnis des Voφroduktes bzw der Kokille so festgelegt sind, dass die Bedingungen h_ = 9_ 1 D B ~ 5 5 B und
- = 1,9 - 2,0 h erfüllt sind und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des
Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende Verhältniszahl
ψ nach der Bedingung ψ bestimmt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gegeben, dass der Innenboden des Tauchausgusses von der Innenbodenmitte zur Austrittsöffiiung geneigt ausgebildet ist. Die Neigung des Innenbodens des Tauchausgusses beträgt 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15°. Damit wird die Tendenz zur Bildung eines drallfreien Austrittsstrahles wesentlich verstärkt. Am Tauchausguss sind ausschließlich zwei, im wesentlichen rechteckförmig ausgebildete Austrittsöffnungen angeordnet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf folgende Figuren bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung der Kokillenströmung bei Verwendung eines
Tauchausgusses in der Kokille einer Stranggießanlage nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematische Darstellung der Kokillenströmung bei Verwendung eines
Tauchausgusses in der Kokille einer Stranggießanlage gemäß der Erfindung
Fig. 3 a Teil eines Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Tauchausguss, Fig. 3b schematischer Grundriss mit Kokille und Tauchausguss entlang der
Schnittlinie A - A durch den Tauchausguss in Fig. 3a.
Stahlstrang-Stranggießanlagen zur Herstellung von Breitenbrammen sind allgemein bekannt, in der Literatur beschrieben und bestehen im wesentlichen aus einem Zwischengefaß zur Aufnahme der Stahlschmelze, von dem aus die Schmelze über einen Tauchausguß in eine oszillierende Kokille übergeleitet wird. Aus der Kokille wird ein teilerstarrter Stahlgussstrang vertikal nach unten ausgefordert und in einer nachfolgenden Sfrangführung gekühlt und in eine horizontale Richtung umgelenkt. Anschließend wird der durcherstarrte Gussstrang mit einer Brennschneidmaschine in Brammen zerteilt, die dann einer Weiterbehandlung zugeführt werden.
Die Formung des Gussstranges erfolgt in einer oszillierenden Stranggiesskokille 1, die, wie in Fig. 3b schematisch dargestellt, von einander gegenüberliegenden Breitseitenwänden 2, 3 und zwischen diesen klemmbar angeordneten Schmalseitenwänden 4, 5 gebildet ist, wobei die Schmalseitenwände 4, 5 zur Einstellung verschiedener Strangbreiten (B) quer zur Gieß-richtung verschiebbar sind. Die Innenflächen dieser Wände bilden einen formatbestimmenden Raum für die Bildung eines teilerstarrten Gussstranges, der als Voφrodukt aus der Kokille ausgefördert wird.
Die Erfindung ist beschränkt auf ein Verfahren zur Herstellung eines Voφroduktes mit eine Breite B von 2700 bis 3500 mm und eine Dicke D > 100 mm und auf eine Stranggießanlage mit einer Kokille, die diese Querschnittsabmessungen aufweist. In der Kokille selbst erfahrt der Gussstrang keine wesentliche Verformung.
Die zu vergießende Schmelze wird von einem nicht dargestellten, jedoch bei derartigen Gießanlagen notorisch bekannten Vorratsbehälter über einen Tauchausguss 6 unterhalb des von der Schmelze in der Kokille gebildeten Badspiegels 7 durch seitliche, zu den Schmalseitenwänden 4, 5 gerichteten Austrittsöffnungen 8, in die Stranggießkokille 1 eingebracht. Die Schmelze durchströmt den Tauchausguss 6 in vertikaler Richtung, die der Gießrichtung in der Kokille entspricht, mit der Geschwindigkeit Vk und wird im Bereich des geschlossenen Innenbodens 9 des Tauchausgusses 6 zu den seitlichen Austrittsöffnungen 8 umgelenkt und tritt durch diese in den Kokillenraum aus. Der Innenboden 9 ist ausgehend von seiner Mitte zur Austrittsöffiiung 8 in Gießrichtung geneigt ausgebildet. Diese Neigung und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung 8 bestimmen die Richtung (den Winkel) der austretenden Schmelze und beeinflussen damit die Strömungsbildung. Die Tauchausguss-dicke (d) ist im wesentlichen von der Dicke des Voφroduktes (D) bestimmt. Die Breite (B) und die Dicke (D) des Voφroduktes sind durch die Produktionsvorgaben festgelegt. Daraus ergibt sich, dass die Breite (b) des Tauchausgusses, die Höhe (h) der seitlichen Austritts-öffnung des Tauchausgusses und die dimensionslose Zahl ψ, die im wesentlichen das Verhältnis von Gießgeschwindigkeit vc und der Geschwindigkeit Vk des flüssigen Stahls im Tauchausguss (Kernquerschnitt) beschreibt, frei wählbar sind.
Der Wert ψ im Zusammenhang mit der Tauchausgussgeometrie bestimmt die Schmelzengeschwindigkeit im Tauchausguss-Austrittsquerschnitt und ist somit für die Güte der Kokillenströmung ausschlaggebend. Beim Gießen von mitteldicken und breiten Brammen (Breiten-Dicken- Verhältnis von etwa 20) werden mit konventionellen Tauchausgüssen ψ- Werte von 0,006 bis 0,008 erreicht. Untersuchungen haben ergeben, dass zum Gießen von überbreiten Gusssträngen bei gleichem Breiten-Dicken-Verhältnis ψ-Werte von 0,011 bis 0.015 erreicht werden müssen. Dafür sind geringere Geschwindigkeiten im Tauchausguss notwendig, die durch große Kern- und Austrittsquerschnitte erreicht werden.
Die nachfolgende Tabelle 1 veranschaulicht diese Verhältnisse für eine beispielhaft gewählte Vorproduktdicke D = 157 mm bei Voφroduktbreiten von B = 2500 mm und B = 3000 mm. Die erfindungsgemäßen Tauchausgüsse zeichnen sich durch die größere Höhe h der seitlichen Austrittsöffnungen 8 aus.
Tabelle 1
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Ausbildung der Kokillenströmung anhand eines Strömungsfadens bei Anwendung eines konventionellen Tauchausgusses, wobei der Austrittsstrahl im Bereich zwischen Tauchausguss 6 und KokiUenschmalseitenwand 4 auf die Badoberfläche trifft und dort in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Fig. 2 zeigt demgegenüber das Strömungsbild mit einem erfindungsgemäßen Tauchausguss, bei dem die Strömung erst im Bereich der Schmalseitenwand 4 in zwei Teilströme aufgeteilt wird und zwei annähernd kreisförmige Wirbel bildet.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines stranggegossenen Voφroduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Voφroduktes D > 100 mm und einer Breite des Voφroduktes B = 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit vc < 2 m/min in einer Stranggießanlage, wobei Schmelze, vorzugsweise Stahlschmelze, aus einem Vorratsbehälter über ein Tauchausguss in eine von Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildete Kokille eingebracht und das in der Kokille teilerstarrte, einen flüssigen Kern und eine erstarrte Strangschale aufweisende Voφrodukt kontinuierlich aus der Kokille abgezogen und gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze den Tauchausguss durch einander gegenüberliegende Austrittsöffnungen mit zu den Schmalseitenwänden der Kokille gerichteten Bewegungsimpuls verlässt und für ein bestimmtes Breiten-Dicken- Verhältnis des Voφroduktes in Abhängigkeit vom Verhältnis der Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) Auslegungswerte für die Breite (b) des Tauchrohres und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses so gewählt werden, dass sich eine gleichmäßige Strangschalenbildung in Gießrichtung und Umfangsrichtung entlang der Breitseitenwände und Schmalseitenwände der Kokille einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchausguss in Relation zur Kokille den Bedingungen und
7 = 1,9 - 2,0 h genügt und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des
Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende
Verhältniszahl ψ nach der Bedingung ψ = 0,1 bestimmt wird. Es bedeuten: B = Breite des Voφroduktes (mm) D = Dicke des Voφroduktes (mm) b = Breite des Tauchausgusses (mm) h = Höhe der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses (mm) ψ = Verhältniszahl (dimensionslos)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Voφrodukt
ein Breiten-Dicken-Verhältnis — = 15 - 25 aufweist.
D
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Voφrodukt τ> ein Breiten-Dicken- Verhältnis — von etwa 20 aufweist.
D
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießgeschwindigkeit vc auf einen Wert zwischen 0,5 m/min und 1,5 m/min eingestellt wird.
6. Stranggießanlage zum Herstellen eines stranggegossenen Voφroduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer Dicke des Voφroduktes D>100 mm und einer Breite des Voφroduktes B= 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit von vc < 2 m/min, bestehend aus einer von Breitseitenwänden (2, 3) und Schmalseitenwänden (4, 5) gebildeten Kokille (1), einem eingangsseitig in die Kokille ragenden Tauchausguss (6) und einem Vorratsbehälter für die Schmelze, sowie ausgangsseitig der Kokille angeordneten Einrichtungen zum Abziehen, Führen und Kühlen des in der Kokille teilerstarrten, einen flüssigen Kern und eine erstarrte Strangschale aufweisenden Voφroduktes, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchausguss einander gegenüberliegende, in der Betriebsstellung zu den Schmalseitenwänden (4, 5) der Kokille hin orientierte Austrittsöffhungen (8) enthält, dass die Innenabmessungen der Kokille auf dem Niveau der seitlichen Austrittsöffhungen des Tauchausgusses im wesentlichen den Abmessungen des Voφroduktes entsprechen und dass die Breite (b) des Tauchausgusses und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses in Relation zu einem bestimmten Breiten-Dicken- Verhältnis des Voφroduktes bzw der Kokille so festgelegt sind, dass die Bedingungen h_ 9 1 D_ B ~ 5Ψ 5 B und
7 = 1,9 - 2,0 h erfüllt sind und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende
Verhältniszahl ψ nach der Bedingung ψ = 0,1 bestimmt ist.
Es bedeuten: B = Breite des Voφroduktes bzw. der Kokille (mm) D = Dicke des Voφroduktes bzw. der Kokille (mm) b = Breite des Tauchausgusses (mm) h = Höhe der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses (mm) ψ = Verhältniszahl (dimensionslos)
7. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Voφrodukt
bzw die Kokille ein Breiten-Dicken- Verhältnis — = 15 - 25 aufweist.
D
8. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Voφrodukt
bzw die Kokille ein Breiten-Dicken- Verhältnis — von etwa 20 aufweist.
D
9. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenboden (9) des Tauchausgusses von der Tauchausgussmitte zur Austrittsöffiiung (8) in Gießrichtung geneigt ausgebildet ist.
10. Stranggießanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Innenbodens (9) des Tauchausgusses 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15° beträgt.
11. Tauchausguss zur Verwendung in einer Stranggießanlage zum Herstellen eines stranggegossenen Voφroduktes, insbesondere von breiten Brammen, mit einer
Dicke des Voφroduktes D>100 mm und einer Breite des Voφroduktes B= 2700 mm bis 3500 mm bei einer Gießgeschwindigkeit von vc < 2 m/min, wobei diese
Stranggießanlage eine von Breitseitenwänden (3, 4) und Schmalseitenwänden (5, 6) gebildete Kokille (1) aufweist, in die der Tauchausguss (6) im Betrieb hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchausguss einander gegenüberliegende seitliche Austrittsöffhungen (8) und einen geschlossenen Innenboden (9) aufweist, dass die Innenabmessungen der Kokille auf dem Niveau der seitlichen
Austrittsöffhungen (8) des Tauchausgusses im wesentlichen den Abmessungen des
Voφroduktes entsprechen, dass die Breite (b) des Tauchausgusses und die Höhe (h) der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses in Relation zu einem bestimmten Breiten-Dicken- Verhältnis des Voφroduktes bzw der Kokille so festgelegt sind, dass die Bedingungen h_ _ 9 \ D_ 5 ~ 5Ψ 5 B und
- = 1,9 - 2,0 h erfüllt sind und eine die Geschwindigkeit der Schmelze im Kernquerschnitt des
Tauchausgusses (vk) zur Gießgeschwindigkeit (vc ) in Beziehung setzende
Verhältniszahl ψ nach der Bedingung ψ = 0,1 bestimmt ist.
Es bedeuten: B = Breite des Voφroduktes bzw. der Kokille (mm) D = Dicke des Voφroduktes bzw. der Kokille (mm) b = Breite des Tauchausgusses (mm) h = Höhe der seitlichen Austrittsöffiiung des Tauchausgusses (mm) ψ = Verhältniszahl (dimensionslos)
12. Tauchausguss nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenboden (9) des Tauchausgusses (6) von der Innenbodenmitte zur Austrittsöffiiung geneigt ausgebildet ist.
13. Tauchausguss nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Innenbodens (9) des Tauchausgusses 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15° beträgt.
14. Tauchausguss nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich zwei, im wesentlichen rechteckförmig ausgebildete Austrittsöffnungen (8) angeordnet sind.
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