EP1697070A2 - Sequenzgiessverfahren zur herstellung eines gegossenen metallstranges hoher reinheit - Google Patents

Sequenzgiessverfahren zur herstellung eines gegossenen metallstranges hoher reinheit

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EP1697070A2
EP1697070A2 EP04819582A EP04819582A EP1697070A2 EP 1697070 A2 EP1697070 A2 EP 1697070A2 EP 04819582 A EP04819582 A EP 04819582A EP 04819582 A EP04819582 A EP 04819582A EP 1697070 A2 EP1697070 A2 EP 1697070A2
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molten metal
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distributor
melt
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SIEMENS VAI METALS Technologies GmbH
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Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
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    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/183—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by measuring molten metal weight

Definitions

  • the invention relates to a sequence casting method for the continuous production of a cast metal strand of high purity from a molten metal, preferably a molten steel, the molten metal being fed from a melt container in a controlled manner to a distributor vessel and being discharged from this distributor vessel into a continuous casting mold in a controlled manner, and wherein the feed of molten metal into the distributor vessel is interrupted during the change of the melt vessel, while the supply of the molten metal is continued in the continuous casting mold.
  • Sequence casting is to be understood as a casting process in which several metal batches, which are delivered to the casting system in several melting vessels, are continuously cast into a single metal strand without interrupting the casting process.
  • it is necessary to replace the melt vessel with another filled melt vessel in the shortest possible time after it has been emptied.
  • the changeover time can be kept very short with a ladle turret.
  • the continuous caster itself can be equipped with a mold of any type, such as one or more oscillating plate or tubular molds, with caterpillar molds, with molds with revolving belts, or molds that are formed by rotating casting rolls with side insulation walls.
  • the cross-sectional format of the metal strand to be cast can also be as desired, but this is particularly the case in the production of thin metal strips with strip thicknesses below 6.0 mm and strip widths over 800 mm special requirements for the start phase or restart phase of the casting process after a ladle change, because in particular because of the relatively small melt pool and the practically unchangeable metallurgical length up to the kissing point in a two-roll casting system, as well as the rapid solidification of a thin metal strand, a substantial reduction in the Pouring speed is not possible.
  • the invention relates in particular to the casting of a metal strip with a two-roll caster according to the vertical two-roll casting process.
  • the liquid metal is usually fed from a ladle via at least one intermediate vessel or distribution vessel to a cooled mold in which the solidification process of the molten metal to at least one metal strand is initiated.
  • the transfer of the molten metal from the ladle to the distribution vessel and from there to the mold is mainly carried out by immersion pipes or shadow pipes, which immerse in the molten pool of the downstream vessel in the stationary casting operation, thus ensuring a smooth and even flow and forwarding of the molten metal up to enable the mold.
  • the metal melt accumulated in the ladle, the tundish and possibly in the mold is usually covered by a layer of slag, by means of which the metal surface is protected from oxidation.
  • the object of the invention is therefore to avoid these disadvantages and difficulties of the known prior art and to propose a sequence casting method of the type described at the outset, with which an increased entry of foreign particles into the molten metal and thus an analogue or increased one in the continuous casting mold also during the melting vessel change
  • the entry of foreign particles into the solidification product is minimized and, in connection with the resumption of the quasi-stationary casting phase, a high-purity metal strand can be cast, in which this bridging phase can be kept as short as possible in the continuous casting process and with at least the effects of non-stationary casting phases , such as the melting vessel change, subside as quickly as possible.
  • the inflow rate into the distributor vessel is greater than the outflow rate from the distributor vessel, and during 70% up to 100%, preferably during 70% to 99%, in particular during 70% to 95%, this period of time the inflow rate into the distributor vessel is less than or equal to twice, preferably less than or equal to 1.5 times, the outflow rate from the distributor vessel ,
  • the minimum inflow rate into the tundish within this period depends very much on the reduction in the casting speed on the continuous caster during the change of the melting vessel.
  • the inflow rate into the distribution vessel should, however, correspond to at least 0.5 times the maximum inflow rate during stationary casting operation during this period.
  • distributed vessel is not only limited to the receptacle for molten metal, by means of which the transfer or distribution of molten metal into a mold is made possible, thus directly preceding a mold, but can include all melt vessels between the ladle and the mold.
  • a further improvement in the quality of the cast strand from the resumption of the casting process is achieved if the supply of molten metal within the last 5% to 30% of the period from the resumption of supply of molten metal to the distribution vessel until the quasi-stationary operating bath level is reached an inflow rate is reduced compared to the inflow rate in the upstream period.
  • a shortening of the resumption phase of the casting process and a maximally secure opening of the melt container is achieved without impairing the quality of the cast product if the supply of molten metal immediately with resumption of the melt supply into the distribution vessel for 0.1% to 30%, preferably for 3% to 15% %, the period of time until the quasi-stationary operating bath level is reached in the distribution vessel with an essentially maximum inflow rate and the supply of molten metal then takes place until the quasi-stationary operating bath level is reached with a reduced filling rate.
  • Maximum fill rate is to be understood to mean that the metal melt is fed into the distribution vessel when the ladle slide opens at the maximum, that is to say with the maximum possible fill rate. This also freezes the ladle slide opening in the pouring phase or markedly narrows the flow opening and thus an undesirable reduction in the flow rate is avoided.
  • the reduced filling rate does not necessarily represent a constant value over the remaining filling time until the quasi-stationary operating bath level is reached, but rather follows a continuously or gradually decreasing course of time, which means that the flow conditions in the tundish already calm down during the filling time.
  • the supply of molten metal into the distributor vessel is even interrupted for a certain period of time when the quasi-stationary operating bath level is reached.
  • Closing the ladle slide after reaching the quasi-stationary operating bath level has the advantage that existing foreign inclusions, in particular non-metallic inclusions, float quickly on the bath level and can be separated into the covering slag.
  • the brief interruption of the melt supply is a good way to increase the quality of the cast product, if at the same time it is ensured that the opening of the ladle slide is guaranteed after this calming and separation phase.
  • the time period for the interruption of the melt supply is between 1 sec and 2 min, preferably between 10 sec and 70 sec, since the bath level immediately begins to decrease again due to the metal flowing off into the continuous casting mold.
  • a covering agent is usually applied to the melt bath at the start of the first casting sequence. This covering agent is retained in all the casting sequences in the distribution vessel. So that the covering means in the vicinity of the shadow tube immersed in the molten metal is not - even partially - drawn into the molten metal along the outer wall of the shadow tube, it is expedient if a region of the free bath surface in the distribution vessel directly surrounding the shadow tube is covered by a covering means is kept free or shielded at least during quasi-stationary operation, preferably continuously. This is preferably done by shielding means which are formed by wall elements which either dip into the melt bath from above or protrude from the melt bath from below and surround the shadow tube at a distance.
  • a “hot spot” is created around the shadow pipe and it is expedient if the wall elements form a closed chamber into which the shadow pipe is integrated and the atmosphere enclosed in the chamber is rendered inert. It is important that the shielding agents are immersed in the melt bath to such an extent that they still dip into the distribution vessel even when the pan is being changed at a minimum bath level just before the melt is resumed. In this way, the slag-free zone around the shadow pipe is maintained even in this operating phase and the supply of molten metal with low turbulence in the metal bath below the bath surface is ensured.
  • the distribution vessel is regulated in terms of quantity depending on the removal of the molten metal from the distribution vessel.
  • the transfer of the molten metal from the distribution vessel into the downstream mold begins at the time when the supply of molten metal is resumed in the distribution vessel.
  • the quantity of metal melt in the distribution vessel is regulated in terms of quantity depending on the removal of the metal melt from the distribution vessel. This regulation is based on a measurement of the current bath level height or the current distributor weight.
  • the amount of molten metal fed to the distributor vessel and the amount of molten metal discharged from the distributor vessel is between 0 when casting a steel strip with a casting thickness of 1.0-0.5 mm and a casting width of 1.0 to 2.0 m , 5 t / min and 4.0 t / min, preferably between 0.8 t / min and 2.0 t / min.
  • This information relates to the use of a two-roll casting machine with the desired cast product of the appropriate design. In exceptional cases, it may be necessary to add cover agents in the distribution vessel.
  • the covering agent is preferably applied to the bath surface of the molten metal in the intermediate vessel in a surface area with a low surface flow velocity, waviness of the bath surface and turbulence intensity.
  • a case-by-case manual application of the covering means requires sufficient accessibility of the distribution vessel for the operating personnel and additionally entails the disadvantage of additional slag inclusions due to the sudden local application of a larger amount of the covering means.
  • the covering agent is therefore applied in fine-grained form or in powder form, preferably with a semi-automatic or fully automatic application device.
  • the interior of the distributor vessel is shielded from the free atmosphere by a distributor lid, it being expedient for the distributor vessel to be rendered inert during or before the initial filling phase in order to largely reduce the reactive oxygen inside the distributor vessel.
  • the setting and monitoring of the operating mold level is preferably carried out via a distributor weight measurement or with an equivalent measuring method.
  • the operating pool level can also be determined using other direct or indirect measurement methods, such as e.g. b. with floats, optical observation of the bath surface, ultrasonic distance measurement, eddy current measurement and similar measuring methods.
  • the bath level in the distributor vessel decreases continuously during the change of the melt vessel, whereby the minimum bath level must not be fallen below, which depends very much on the shape of the distributor vessel and is therefore not generally determinable. If the level of the bath drops too far, especially in the resumption phase of the melt supply, in particular at maximum filling rate, there is an increased introduction of foreign particles into the metal melt, which spreads into the entire distributor vessel.
  • the metal melt contained in the distribution vessel is divided into two subsets by a compartment plate, a molten metal portion being fed from the melt container and a second subset of molten metal being fed into the Continuous casting mold is derived and a transfer of molten metal from the first subset to the second subset takes place continuously, the inflow rate to the first subset in the distribution vessel being greater than the outflow rate from the second subset, during 70% to 100%, preferably during 70% to 99 %, in particular during 70% to 95%, of the time period from the resumption of the supply of molten metal into the distributor vessel until the quasi-stationary operating bath level of the second subset in the distributor vessel reached the inflow rate to the first subset is less than or equal to twice the discharge rate from the second subset.
  • the positive effects from the spatial separation in the distribution vessel are additionally increased if the supply of molten metal within the last 5% to 30% J of the period from the resumption of supply of molten metal into the distribution vessel until the quasi-stationary operating bath level of the second subset is reached in the distribution vessel with an inflow rate that is reduced compared to the inflow rate in the upstream period.
  • the filling time can be shortened until the quasi-stationary operating bath level is reached if the supply of molten metal immediately with the resumption of the melt supply into the distribution vessel during 1% to 30%, preferably during 3% to 15%, of the period until the quasi - Stationary operating bath level of the second partial amount in the distribution vessel takes place with essentially maximum inflow rate and then metal melt is supplied with a reduced filling rate until the operating bath level of the second partial amount is reached in the distribution vessel.
  • the transfer of molten metal from the first subset to the second subset, and thus from one region of the distributor vessel to the other part of the distributor vessel, takes place through one or more openings in the compartment plate.
  • the metal melt can preferably be transferred from the first subset to the second subset through a free space in the compartment plate and the bottom of the distributor vessel. In this case, the compartment plate is not brought to the bottom of the distributor vessel.
  • compartment plate as a firmly anchored component of the distributor vessel and to provide at least one permanent flow channel near the bottom of the distributor vessel, which is entirely beneath the bath surface of the metal melt in all operating phases.
  • the quasi-stationary casting process begins when the quasi-stationary operating bath level is reached with the second subset of the molten metal in the second area of the distributor vessel.
  • the quantity of molten metal fed into the distribution vessel is regulated in terms of quantity depending on the removal of the molten metal from the distribution vessel. This regulation is based on a measurement of the current bath level height or the current distributor weight.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a two-roll casting plant with a melt container and a distributor vessel for carrying out the method according to the invention
  • 3 shows the course of a start-up curve for the refilling of the distribution vessel (filling rate) according to the inventive method in a second embodiment
  • 4 shows the time course of the distributor weight during the refilling of the distributor vessel
  • 5b shows the course of relevant process parameters during the change of a melt vessel according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 7a shows a distribution vessel with a compartment plate in a first extended operating position
  • Fig. 7b a distribution vessel with a .Abteilplatte in a second retracted operating position.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a two-roll casting machine as a possibility for carrying out the method according to the invention with the essential structural components for feeding the molten metal into the continuous casting mold 4 formed by two casting rolls 1, 2 rotating in opposite directions and side plates 3 which can be pressed against the end faces of the casting rolls.
  • the molten metal is transferred from a melt container 5, which is mostly formed by an interchangeable ladle supported on fork arms 6 of a ladle turret, through a shadow pipe 7 into a distributor vessel 8.
  • a slide closure 9 is assigned to the shadow tube 7 as a control element for the flow rate or filling rate.
  • the metal melt flows from the distribution vessel 8 in a quantity-controlled manner through an immersion pouring tube 10 into the mold cavity 11 of the continuous casting mold 4.
  • the immersion pouring tube 10 is also assigned a slide closure 12 for regulating the amount of melt to be supplied to the continuous casting mold 4.
  • the closure members can also be formed by stoppers which, projecting through the melt bath from above, controllably close the outflow opening of the respective melt container.
  • the amount of molten metal stored in the distributor vessel 8 is kept as constant as possible during the continuous casting process. This is achieved in that a predetermined casting level h of the molten metal is set in the distributor vessel and this casting level is kept as constant as possible by regulating the flow rate.
  • a largely uniform mold level ensures a uniform melt transfer into the continuous casting mold 4.
  • strand shells (not shown) form in the melt pool, which are rolled in the narrowest cross section between the casting rolls to form a metal strand 13 of predetermined thickness and width.
  • the empty melt vessel is removed from the casting installation and brought into the casting position in the casting installation by a provided, filled melt vessel with metal melt prepared for the casting.
  • the casting process in the continuous casting mold is continued with the amount of melt remaining in the tundish, the operating bath level falling to a minimum bath level hp 00 ⁇ , m i n , at which the shadow pipe, however, is still immersed in the melt bath.
  • the filling process of the distribution vessel takes place according to a possible embodiment variant according to the filling curve profile shown in FIG. 2.
  • i n corresponds.
  • the metal melt is passed into the distribution vessel with the greatest possible opening of the slide closure, ie the metal melt occurs with a maximum filling rate m ⁇ n. max into the distribution vessel.
  • the filling rate is essentially reduced continuously until the quasi-stationary operating bath level h po ⁇ ⁇ , op is reached, with 70% to 95% of the time period from the resumption of the supply of the metal melt in the distribution vessel until it reaches the quasi-stationary Operating pool level h po ⁇ ⁇ .opt the inflow rate into the tundish is smaller than twice the outflow rate from the tundish.
  • the stationary filling rate m st which is characteristic of the stationary casting operation, is reached.
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant of a possible filling curve profile
  • the metal melt in a first filling phase time period t 0 -ti
  • the stationary filling rate m st is reached, which is characteristic of the stationary casting operation.
  • Fig. 4 shows the increase in the distributor weight m v over the filling time, starting from a distributor weight m 0 , which corresponds to the empty weight of the distributor vessel and the weight of the residual melt amount remaining in the distributor vessel, up to the distributor weight m 5 , which reaches the quasi-stationary operating bath level h P o t ⁇ , 0 p is achieved.
  • This calming phase in the distribution vessel can be further strengthened by temporarily interrupting the melt supply after the quasi-stationary operating bath level has been reached.
  • a supplementary application of a covering agent can be carried out on the metal bath surface, if necessary, using a semi-automatic or fully automatic application device 15 (FIG. 1), the outlet opening of which above the bath level in one or more areas of the Distributor with little surface turbulence opens.
  • the fine-grained to dust-like covering agent is applied to the molten metal in a continuous trickling process and is intended to ensure complete coverage of the metal bath in the distribution vessel.
  • the distributor vessel 8 is covered with a distributor lid 16 with which the interior of the distributor vessel is shielded from the atmosphere. This also makes it possible to carry out an inertization of the interior even before the molten metal is supplied, in particular when the distributor vessel is filled for the first time.
  • the continuous casting operation is reintroduced.
  • the amount of the molten metal supplied to the distribution vessel is adjusted or regulated depending on the amount of melt introduced into the continuous casting mold from the distribution vessel.
  • Deviations in the bath level height from the desired quasi-stationary operating bath level height are recorded using a distributor weight measurement.
  • a measurement variable characteristic of the bath level is continuously determined and used as an actuating or control variable in an inflow control loop to regulate the amount of molten metal flowing in.
  • the distributor vessel 8 is supported via measuring cells 17 on a supporting structure 18, for example a movable distributor carriage (FIG. 1).
  • 5a shows the sequence casting method according to the invention using the example of a steel strip casting installation, with the course of characteristic parameters, such as the distributor weight w t and i sh , the filling rate in the distributor m ⁇ adte , and the filling rate in the mold m m0
  • the distributor vessel is restored by introducing molten metal into the distributor vessel up to a point in time with a maximum or approximately maximum fill rate and then, following a degressive curve, approaching the quasi-stationary operating pool level.
  • the casting level in the distribution container which is indirectly determined by a weight measurement follows the curve do dis h and displays in front of the vessel change the desired increase in the sense of supply and the subsequent drop to a value of about 80% of the distribution weight or Radiovieriere
  • the melt supply is resumed in the distribution vessel with a substantially reduced filling rate m ladi ⁇ .start > that is 0.8 to 1.2 times the filling rate m ⁇ a die, o P t for stationary casting operation.
  • This reduced filling rate can expediently be within a range of 0.5 to twice the filling rate m ⁇ ad i ⁇ , opt.
  • the filling rate is kept approximately constant over a wide range of times for the refilling of the distribution vessel.
  • the basic advantage of this variant is the significantly lower rate of flow of the molten metal into the tundish, which results in significantly lower surface turbulence at the metal bath.
  • the flow rate remains low enough to ensure a good separation rate of the non-metallic inclusions in the slag layer and to avoid re-entry of the slag.
  • the time span for refilling the distribution vessel increases to up to 25 min with a simultaneously reduced filling rate in the mold.
  • an appropriate filling rate curve can be selected, which lies between the embodiments shown in FIGS. 5a and 5b.
  • this cover can be rendered inert via the protective gas line 22 if necessary.
  • This cover expediently extends so far into the molten bath that the shadow tube can be immersed even at a minimum bath level height h min .
  • a flow-damping element 23 (turbostop) is firmly anchored in the distribution vessel opposite the shadow tube 7 in the outflow direction of the molten metal, as a result of which the liquid metal jet flowing into the distribution vessel is braked strongly.
  • sequence casting method described has proven to be particularly successful in connection with a distributor vessel which is described in WO 03/051560 and has a geometry which particularly promotes the separation of particles foreign to the melt.
  • a vertically movable compartment plate 24 is shown in two operating positions in connection with the distributor vessel 8.
  • This embodiment is intended to achieve a functional separation in the distribution vessel.
  • 7a shows the operating state in the distributor vessel immediately before being restarted with a new melt vessel.
  • the molten metal still in stock in the distributor vessel is covered with a covering agent and flows off at a speed corresponding to the reduced casting speed.
  • the compartment plate is still in a raised position and is lowered into the tundish to divide it into two areas as shown in Fig. 7b. With the retracted compartment plate, adverse effects during the first filling phase, which takes place with a maximum or approximately maximum filling rate, on the entire amount of melt in the distribution vessel are prevented, but at least greatly reduced.
  • the melt feed is assigned to a first area 25, the discharge of the melt into the continuous casting mold is assigned to a second area 26.
  • the melt bath is substantially calmed down and one is separated Most of the foreign melt particles on the slag layer in the first area.
  • the second region 26 residual stocks of foreign particles still contained in the metal melt are separated into the slag layer covering the metal bath.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Sequenzgiessverfahren zur Herstellung eines gegossenen Metallstranges (13) hoher Reinheit aus einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Schmelzenbehälter (5) geregelt einem Verteilergefäss (8) zugeführt und von diesem Verteilergefäss (8) geregelt in eine Stranggiesskokille (4) abgeführt wird und wobei die Zufuhr der Metallschmelze in die Stranggiesskokille (4) ohne Unterbrechung weitergeführt wird. Um bei diesem Verfahren auch während des Schmelzengefässwechsels einen qualitativ hochwertigen Metallstrang giessen zu können, bei dem die Restart-Phase möglichst kurz gehalten werden kann, wird vorgeschlagen, dass während einer Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäss bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäss (8) die Zuflussrate in das Verteilergefäss grösser ist als die Abflussrate aus dem Verteilergefäss und wobei während 70% bis 100% dieser Zeitspanne die Zuflussrate in dass Verteilergefäss (8) kleiner oder gleich dem Doppelten der Abflussrate aus dem Verteilergefäss ist.

Description

Sequenzqießverfahren zur Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit
Die Erfindung betrifft ein Sequenzgießverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit aus einer Metallschmelze, vorzugsweise einer Stahlschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Schmelzenbehälter geregelt einem Verteilergefäß zugeführt und von diesem Verteilergefäß geregelt in eine Stranggießkokille abgeführt wird und wobei die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß während dem Wechsel des Schmelzengefäßes unterbrochen wird, während die Zufuhr der Metallschmelze in die Stranggießkokille weitergeführt wird.
Unter Sequenzgießverfahren ist ein Gießverfahren zu verstehen, bei welchem mehrere Metallchargen, die an die Gießanlage in mehreren Schmelzengefäßen angeliefert werden, ohne Unterbrechung des Gießprozesses kontinuierlich zu einem einzigen Metallstrang vergossen werden. Hierbei ist es notwendig, das Schmelzengefäß nach dessen Entleerung gegen ein weiteres gefülltes Schmelzengefäß in möglichst kurzer Zeit auszutauschen. Zwangsweise kommt es zu einer Unterbrechung des Schmelzenzuflusses in das Verteilergefäß und es ist notwendig die Restmenge im Verteilergefäß so zu bemessen, dass eine ausreichende Menge an Restmetallschmelze zur Überbrückung der benötigten Wechselzeit im Verteilergefäß vorrätig ist, bis aus dem in Gießposition gebrachten weiteren Schmelzengefäß wieder Metallschmelze in das Verteilergefäß zufließen kann. Um den kontinuierlichen Gießprozess über die Wechselzeit aufrecht erhalten zu können, ist es üblich, die Gießgeschwindigkeit der Gießanlage während der Wechselzeit zu reduzieren. Mit einem Pfannendrehturm kann die Wechselzeit sehr kurz gehalten werden.
Die Stranggießanlage selbst kann mit einer Kokille beliebiger Bauart, wie beispielsweise einer oder mehreren oszillierenden Platten- oder Rohrkokillen, mit Raupenkokillen, mit Kokillen mit umlaufenden Bändern oder Kokillen die von rotierenden Gießwalzen mit seitlichen Dämmwänden gebildet werden, ausgestattet sein. Auch das Querschnittsformat des zu gießenden Metallstranges kann beliebig sein, jedoch ergeben sich speziell bei der Herstellung von dünnen Metallbändern mit Banddicken unter 6,0 mm und Bandbreiten über 800 mm besondere Anforderungen an die Startphase bzw. Restart-Phase des Gießprozesses nach einem Pfannenwechsel, da insbesondere wegen des relativ kleinen Schmelzenpools und der praktisch unveränderlichen metallurgischen Länge bis zum kissing point in einer Zweiwalzengießanlage, sowie der schnellen Durcherstarrung eines dünnen Metallstranges eine wesentliche Reduzierung der Gießgeschwindigkeit nicht möglich ist. Weiters ist zu berücksichtigen, dass bei der Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß eine verstärkte Badbewegung in der bereits mit Abdeckmittel bedeckten Restmetallschmelze entsteht und durch die verstärkte Wellenbildung an der Badoberfläche ein Eintrag von Abdeckmittel in das Metallbad verstärkt auftritt. Weiters wird beim Öffnen des Pfannenschiebers Füllsand in das Verteilergefäß, eingetragen, der eine gewisse Zeit und ein beruhigtes Metallbad benötigt, um an die Badoberfläche aufschwimmen zu können. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Gießen eines Metallbandes mit einer Zweiwalzengießanlage nach dem vertikalen Zweiwal-zengießverfahren.
Bei der Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit mit einer beliebigen Stranggießanlage wird das flüssige Metall üblicherweise von einer Gießpfanne über zumindest ein Zwischengefäß oder Verteilergefäß einer gekühlten Kokille zugeführt, in der der Erstarrungsprozess der Metallschmelze zu einem Metallstrang zumindest eingeleitet wird. Die Überleitung der Metallschmelze von der Gießpfanne in das Verteilergefäß und aus diesem weiter in die Kokille erfolgt vorwiegend durch Tauchrohre oder Schattenrohre, die im stationären Gießbetrieb in den Schmelzenpool des jeweils nachgeordneten Gefäßes eintauchen und so eine möglichst beruhigte und gleichmäßige Strömung und Weiterleitung der Metallschmelze bis in die Kokille ermöglichen. Üblicherweise ist die in der Gießpfanne, dem Zwischengefäß und gegebenenfalls in der Kokille angesammelte Metallschmelze von einer Schlackenschicht bedeckt, durch die die Metall badoberf lache vor Oxidation geschützt wird. Die grundsätzliche Anordnung der Schmelzenaufnahmegefäße bei einer mehrsträngigen Stranggießanlage für Stahl ist beispielsweise aus der US-A 5,887,647 bekannt. Je intensiver die Metallbadbewegung in den einzelnen Schmelzengefäßen abläuft, desto mehr Schlackepartikel werden von der die Metallschmelze bedeckenden Schlackenschicht in das Metallbad eingetragen und desto mehr Partikel des Feuerfestmaterials aus der Ausmauerung der Schmelzengefäße werden durch Erosion ebenfalls dem Metallbad zugeführt. Gleichzeitig wird das Abscheiden von Fremdstoffpartikel aus der Metallschmelze an die Metallbadoberfläche oder in die Schlackenschicht durch zu intensive Metallbadbewegung behindert. Bei großformatigen Metallsträngen, wie Strängen mit Brammenquerschnitten, bleibt auch in der Kokille noch Zeit zur Abscheidung von Fremdstoffen an die Badoberfläche. Bei kleinformatigen Strängen und insbesondere bei Bändern geringer Dicke muss der Eintrag von Fremdpartikeln in die Kokille möglichst vermieden werden, da in der Kokille die Möglichkeiten für eine Abscheidung von Fremdpartikeln tendenziell stärker beschränkt ist.
Generell ist bekannt, dass die Qualität des gegossenen Stranges herabgesetzt ist, wenn starke Badspiegelschwankungen auftreten, wie sie in der Startphase des Gießprozesses bei der Erstfüllung des Verteilergefäßes unvermeidbar sind, oder wie sie während der Durchführung des Pfannenwechsel beim Sequenzgießen auftreten, bei dem üblicherweise mit der im Verteiler vorrätigen Metallschmelze die Wechselzeit der Pfanne überbrückt wird und daher mit kontinuierlich abnehmender Badspiegelhöhe gegossen wird. Die Stabilität der Schmelzenströmung im Verteilergefäß ist dadurch stark beeinträchtigt und die Metallschmelze ist unerwünschtem Schlackeneintrag ausgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Nachteile und Schwierigkeiten des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Sequenzgießverfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit dem auch während des Schmelzengefäßwechsels ein erhöhter Eintrag von Fremdpartikeln in die Metallschmelze und somit in der Stranggießkokille ein analoger bzw. erhöhter Eintrag von Fremdpartikel ins Erstarrungsprodukt minimiert und unmittelbar im .Zusammenhang mit der Wiederaufnahme der quasi-stationären Gießphase ein Metallstrang hoher Reinheit gegossen werden kann, bei dem weiters diese Uberbrückungsphase im kontinuierlichen Gießprozess möglichst kurz gehalten werden kann und bei dem zumindest Auswirkungen aus nicht-stationären Gießphasen, wie dem Schmelzengefäßwechsel, möglichst schnell abklingen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während einer Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegel höhe im Verteilergefäß die Zuflussrate in das Verteilergefäß größer ist als die Abflussrate aus dem Verteilergefäß und wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%, dieser Zeitspanne die Zuflussrate in das Verteilergefäß kleiner oder gleich dem Doppelten, vorzugsweise kleiner oder gleich dem 1 ,5-fachen, der Abflussrate aus dem Verteilergefäß beträgt. Die minimale Zuflussrate in das Verteilergefäß innerhalb dieser Zeitspanne hängt sehr wesentlich von der Reduktion der Gießgeschwindigkeit auf der Stranggießanlage während des Schmelzengefäßwechsels ab. Die Zuflussrate in das Verteilergefäß sollte während dieser Zeitspanne jedoch mindestens dem 0,5-fachen der maximalen Zuflussrate bei stationärem Gießbetrieb entsprechen.
Der Begriff „Verteilergefäß" ist hier nicht nur auf das Aufnahmegefäß für Metallschmelze beschränkt, durch welches die Überleitung oder Verteilung von Metallschmelze in eine Kokille ermöglicht wird, somit einer Kokille direkt vorgeordnet ist, sondern kann alle Schmelzengefäße zwischen der Gießpfanne und der Kokille umfassen.
Eine weitere Verbesserung in der Qualität des gegossenen Stranges ab Wiederaufnahme des Gießprozesses wird erreicht, wenn die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
Eine Verkürzung der Wiederaufnahmephase des Gießprozesses und ein maximal gesichertes Öffnen des Schmelzenbehälters wird ohne Beeinträchtigung der Qualität des Gussproduktes erreicht, wenn die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß während 0,1 % bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasistationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und die Zufuhr von Metallschmelze anschließend bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt.
Unter „maximaler Füllrate" ist zu verstehen, dass die Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäß bei maximaler Öffnung des Pfannenschiebers, das heißt mit der maximal möglichen Füllrate, erfolgt. Damit wird auch ein Zufrieren der Pfannenschieberöffnung in der Angießphase bzw. eine markante Verengung der Durchflussöffnung und damit eine unerwünschte Reduzierung der Durchflussmenge vermieden. Die reduzierte Füllrate stellt über die Restfüllzeit bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe nicht notwendigerweise einen konstanten Wert dar, sondern folgt eher einem kontinuierlich oder schrittweise abnehmenden zeitlichen Verlauf, wodurch sich die Strömungsverhältnisse im Verteilergefäß bereits während der Füllzeit kontinuierlich beruhigen.
Zur Beruhigung der Metallschmelze im Verteilergefäß kann es zweckmäßig sein, wenn die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe für eine bestimmte Zeitspanne sogar unterbrochen wird. Das Schließen des Pfannenschiebers nach Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hat den Vorteil, dass vorhandene Fremd einschlüsse, insbesondere nichtmetallische Einschlüsse, am Badspiegel schnell aufschwimmen und in die Abdeckschlacke abgeschieden werden können. Die kurzzeitige Unterbrechung der Schmelzenzufuhr stellt eine gute Möglichkeit dar, die Qualität des gegossenen Produktes zu erhöhen, wenn gleichzeitig sichergestellt ist, dass das Öffnen des Pfannenschiebers nach dieser Beruhigungs- und Abscheidephase sicher gewährleistet ist. Die Zeitspanne der Unterbrechung der Schmelzenzufuhr beträgt zwischen 1 sec und 2 min, vorzugsweise zwischen 10 sec und 70 sec, da der Badspiegel zufolge des in die Stranggießkokille abfließenden Metalls sofort wieder zu sinken beginnt.
Zur Vermeidung von Reoxidation an der Metallbadoberfläche wird üblicherweise bereits bei Beginn der ersten Gießsequenz ein Abdeckmittel auf das Schmelzenbad aufgebracht. Dieses Abdeckmittel bleibt über alle Gießsequenzen im Verteilergefäß erhalten. Damit das Abdeckmittel im Nahbereich des in die Metallschmelze eintauchenden Schattenrohres nicht - auch nur partiell - entlang der Außenwand des Schattenrohres in die Metallschmelze eingezogen wird, ist es zweckmäßig, wenn ein das Schattenrohr unmittelbar umgebender Bereich der freien Badoberfläche im Verteilergefäß von der Abdeckung mit einem Abdeckmittel zumindest während des quasi-stationären Betriebes, vorzugsweise ständig, freigehalten bzw. abgeschirmt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch Abschirmmittel, die von Wandelementen gebildet sind, die entweder von oben in das Schmelzenbad eintauchen oder von unten aus dem Schmelzenbad herausragen und das Schattenrohr mit Abstand umgeben. Damit wird gezielt ein „hot spot" rund um das Schattenrohr erzeugt und es ist zweckmäßig, wenn die Wandelemente eine geschlossene Kammer bilden, in die das Schattenrohr integriert und die in der Kammer eingeschlossene Atmosphäre inertisiert ist. Wichtig ist, dass die Abschirmmittel soweit in das Schmelzenbad eintauchen, dass diese auch während des Pfannenwechsels bei minimaler Badspiegelhöhe knapp vor der Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr noch in das Verteilergefäß eintauchen. Damit wird die schlackenfreie Zone um das Schattenrohr auch in dieser Betriebsphase aufrechterhalten und die Zufuhr von Metallschmelze mit geringen Turbulenzen im Metallbad unterhalb der Badoberfläche sichergestellt.
Sofern nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß die Zufuhr von Metallschmelze nochmals kurzzeitig unterbrochen wird, um die Badbewegung zusätzlich zu beruhigen und die Abscheiderate von Fremdpartikel zu steigern, wird nach der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß diese Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt. Die Überleitung der Metallschmelze vom Verteilergefäß in die nachgeordnete Kokille beginnt zeitlich mit der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß. Mit der Regelung wird die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe bzw. das dem entsprechende Verteilergewicht weitgehend auf einem konstanten Niveau gehalten.
Sofern nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe keine Unterbrechung der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß erfolgt, wird zumindest während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß und/oder ab dem Erreichen der quasi-stationären Gießspiegelhöhe die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt. Diese Regelung basiert auf einer Messung der aktuellen Badspiegelhöhe oder des aktuellen Verteilergewichtes.
Die Menge der dem Verteilergefäß zugeführten Metallschmelze und die Menge der aus dem Verteilergefäß abgeführten Metallschmelze beträgt beim Gießen eines Stahlbandes, bei einer Gießdicke von 1 ,0 - 5,0 mm und einer Gießbreite von 1 ,0 m bis 2,0 m, zwischen 0,5 t/min und 4,0 t/min, vorzugsweise zwischen 0,8 t/min und 2,0 t/min. Diese Angaben beziehen sich auf die Verwendung einer Zweiwalzengießmaschine mit dem angestrebten Gussprodukt entsprechender Auslegung. In Ausnahmefällen kann es notwendig sein, Abdeckmittel im Verteilergefäß zu ergänzen. Vorzugsweise erfolgt die Aufgabe des Abdeckmittels auf die Badoberfläche d r Metallschmelze im Zwischengefäß in einem Oberflächenbereich mit geringer Oberflächenströmungsgeschwindigkeit, Welligkeit der Badoberfläche und Turbulenzintensität.
Eine fallweise manuelle Aufgabe des Abdeckmittels erfordert eine ausreichende Zugänglichkeit des Verteilergefäßes für das Bedienungspersonal und bringt zusätzlich den Nachteil zusätzlicher Schlackeneinsc lüsse durch die plötzliche lokale Aufgabe einer größeren Menge des Abdeckmittels mit sich. Das Abdeckmittel wird daher in feinkörniger Form oder pulverförmig, vorzugsweise mit einer halb- oder vollautomatischen Aufgabeeinrichtung, aufgebracht.
Der Innenraum des Verteilergefäßes ist durch einen Verteilerdeckel gegen die freie Atmosphäre abgeschirmt, wobei es zweckmäßig ist, dass während oder vor der Erstfüllphase eine Inertisierung des Verteilergefäßes erfolgt, um den reaktiven Sauerstoff im Inneren des Verteilergefäßes weitgehend zu reduzieren.
Die Einstellung und Überwachung der Betriebsgießspiegelhöhe erfolgt vorzugsweise über eine Verteiler-Gewichtsmessung oder mit einem äquivalenten Messverfahren. Die Betriebsbadspiegelhöhe kann auch mit anderen direkten oder indirekten Messverfahren ermittelt werden, wie z. b. mit Schwimmern, optischer Beobachtung der Badspiegeloberfläche, Ultraschall-Distanzmessung, Wirbelstrommessung und ähnlichen Messverfahren.
Beim Sequenzgießen nimmt die Badspiegelhöhe im Verteilergefäß während des Schmelzengefäßwechsels kontinuierlich ab, wobei eine Mindestbadspiegelhöh e nicht unterschritten werden darf, die sehr wesentlich von der Form des Verteilergefäßes abhängt und daher nicht generell bestimmbar ist. Ein zu weitgehendes Absinken des Badspiegels führt insbesondere in der Wiederaufnahmephase der Schmelzenzufuhr, insbesondere bei maximaler Füllrate, zu einem verstärkten Fremdpartikeleintrag in die Metallschmelze, die sich in das gesamte Verteilergefäß ausbreitet. Um diesen Effekt zu unterdrücken bzw. zumindest wesentlich zu dämpfen, ist es zweckmäßig, wenn zumindest in der Zeitspanne zwischen der Wiederaufnahme der Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäß und dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe die im Verteilergefäß enthaltene Metallschmelze durch eine Abteilplatte in zwei Teilmengen geteilt wird, wobei einer ersten Teilmenge Metallschmelze aus dem Schmelzenbehälter zugeführt wird und von einer zweiten Teilmenge Metallschmelze in die Stranggießkokille abgeleitet wird und eine Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge kontinuierlich erfolgt, wobei die Zuflussrate zur ersten Teilmenge im Verteilergefäß größer ist als die Abflussrate aus der zweiten Teilmenge, wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%, der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß die Zuflussrate zur ersten Teilmenge kleiner oder gleich dem Doppelten der Abflussrate aus der zweiten Teilmenge ist. Durch die räumliche Abteilung des Verteilergefäßes werden demnach zwei Bereiche geschaffen, nämlich ein erster Bereich, in dem zeitweise große Turbulenzen auftreten können und auch im Wesentlichen dort abklingen und einem zweiten Bereich, der hiervon weitgehend abgeschottet bleibt.
Die positiven Effekte aus der räumlichen Trennung im Verteilergefäß werden zusätzlich verstärkt, wenn die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30%J der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
Hierbei kann die Füllzeit bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe verkürzt werden, wenn die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß während 1% bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und anschließend bis zum Erreichen der Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß die Zufuhr von Metallschmelze mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt. Die Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge, damit von einem Bereich des Verteilergefäßes in den anderen Teil des Verteilergefäßes, erfolgt durch eine oder mehrere Öffnungen in der Abteilplatte. Vorzugsweise kann die Überleitung der Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge durch einen Freiraum der Abteilplatte und dem Boden des Verteilergefäßes erfolgen. In diesem Fall wird die Abteilplatte nicht bis zum Boden des Verteilergefäßes eingebracht.
Es ist allerdings auch möglich, die Abteilplatte als fest verankerten Bauteil des Verteilergefäßes auszubilden und mindestens einen permanenten Strömungskanal in Bodennähe des Verteilergefäßes vorzusehen, der in allen Betriebsphasen zur Gänze unter der Badoberfläche der Metallschmelze liegt.
Der quasi-stationäre Gießprozess beginnt mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe bei der zweiten Teilmenge der Metallschmelze im zweiten Bereich des Verteilergefäßes. Mit Erreichen dieser quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe bei der zweiten Teilmenge der Metallschmelze im Verteilergefäß wird die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt. Diese Regelung basiert auf einer Messung der aktuellen Badspiegelhöhe oder des aktuellen Verteilergewichtes.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zweiwalzengießanlage mit einem Schmelzenbehälter und einem Verteilergefäß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 den Verlauf einer Anfahrkurve für das Wiederauffüllen des Verteilergefäßes (Füllrate) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 den Verlauf einer Anfahrkurve für das Wiederauffüllen des Verteilergefäßes (Füllrate) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Verteilergewichtes während des Wiederauffüllens des Verteilergefäßes,
Fig. 5a den Verlauf relevanter Verfahrenskenngrößen während des Wechsels eines Schmelzengefäßes nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5b den Verlauf relevanter Verfahrenskenngrößen während des Wechsels eines Schmelzengefäßes nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung
Fig. 6 ein Schattenrohr mit Abschirmung gegen Kontakt mit Schlacke,
Fig. 7a ein Verteilergefäß mit einer Abteilplatte in einer ersten ausgefahrenen Betriebsposition,
Fig. 7b ein Verteilergefäß mit einer .Abteilplatte in einer zweiten eingefahrenen Betriebsposition.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Zweiwalzengießmaschine als eine Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den wesentlichen baulichen Komponenten zur Zuführung der Metallschmelze in die von zwei gegensinnig rotierenden Gießwalzen 1 , 2 und an die Stirnseiten der Gießwalzen anpressbaren Seitenplatten 3 gebildeten Stranggießkokille 4. Die Metallschmelze wird aus einem Schmelzenbehälter 5, der zumeist von einer auswechselbaren auf Gabelarmen 6 eines Pfannendrehturmes abgestützten Gießpfanne gebildet ist, durch ein Schattenrohr 7 in ein Verteilergefäß 8 übergeleitet. Dem Schattenrohr 7 ist ein Schieberverschluss 9 als Regelorgan für die Durchflussmenge bzw. Füllrate zugeordnet. Aus dem Verteilergefäß 8 strömt die Metallschmelze mengengeregelt durch ein Tauchgießrohr 10 in den Formhohlraum 11 der Stranggießkokille 4. Dem Tauchgießrohr 10 ist ebenfalls ein Schieberverschluss 12 zur Regelung der der Stranggießkokille 4 zuzuführenden Schmelzenmenge zugeordnet. Die Verschlussorgane können auch von Stopfen gebildet werden, die, von oben durch das Schmelzenbad ragend, die Ausflussöffnung des jeweiligen Schmelzenbehälters regelbar verschließen. Die Menge der im Verteilergefäß 8 zwischengelagerten Metallschmelze wird während des kontinuierlichen Gießvorganges möglichst konstant gehalten. Dies wird erreicht, indem im Verteilergefäß eine vorbestimmte Gießspiegelhöhe h der Metallschmelze eingestellt wird und diese Gießspiegelhöhe durch eine Zuflussmengenregelung möglichst konstant gehalten wird. Eine weitgehend gleichmäßige Gießspiegelhöhe sichert eine gleichmäßige Schmelzenüberleitung in die Stranggießkokille 4.
An den gekühlten Zylindermantelflächen der Gießwalzen 1 , 2 bilden sich im Schmelzenpool nicht dargestellte Strangschalen aus, die im engsten Querschnitt zwischen den Gießwalzen zu einem Metallstrang 13 vorbestimmter Dicke und Breite verwalzt werden.
Nach der Entleerung des Schmelzengefäßes 5, wobei die die Metallschmelze im Schmelzengefäß bedeckende Schlacke möglichst nicht abfließen soll, wird das leere Schmelzengefäß aus der Gießanlage entfernt und durch ein bereitgestelltes, gefülltes Schmelzengefäß mit für den Guss vorbereiteter Metallschmelze in der Gießanlage in Gießposition gebracht. Während der hierfür benötigten Zeitspanne von etwa 2 min wird der Gießvorgang in der Stranggießkokille mit der im Verteilergefäß befindlichen Restschmelzenmenge fortgesetzt, wobei die Betriebsbadspiegelhöhe auf eine Minimalbadspiegelhöhe h p00ι,min absinkt, bei der das Schattenrohr jedoch immer noch in das Schmelzenbad eintaucht. Damit wird bei Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß ein direktes Auftreffen der Metallschmelze auf die das Metallbad abdeckende Schlackenschicht und damit deren intensive Durchmischung vermieden.
Der Füllvorgang des Verteilergefäßes erfolgt nach einer möglichen Ausführungsvariante gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Füllkurvenverlauf. Im Verteilergefäß befindet sich eine Reststahlmenge, die einer Badspiegelhöhe hp00). in entspricht. Die Metallschmelze wird in einer ersten Füllphase (Zeitspanne t0 - ti) bei größtmöglicher Öffnung des Schieberverschlusses in das Verteilergefäß geleitet, d.h. die Metallschmelze tritt mit maximaler Füllrate m πn.max in das Verteilergefäß ein. Ab dem Erreichen einer Badspiegelhöhe hp00] zum Zeitpunkt ti wird die Füllrate im Wesentlichen kontinuierlich zurückgenommen, bis die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe h poθι,op erreicht ist, wobei während 70% bis 95% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hpoθι.opt die Zuflussrate in das Verteilergefäß klei ner dem Doppelten der Abflussrate aus dem Verteilergefäß ist. Zum Zeitpunkt t5 wird die stationäre Füllrate m st erreicht, die für den stationären Gießbetrieb charakteristisch ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines möglichen Füllkurvenverlaufes, wobei die Metallschmelze in einer ersten Füllphase (Zeitspanne t0 - ti) mit maximaler Füllrate m fiii.max oder annähernd maximaler Füllrate (mehr als 80% der maximalen Füllrate) erfolgt und nach Erreichen des Zeitpunktes ti schrittweise in mehreren Stufen zurückgenommen wird, wobei die Reduzierung der Füllrate in den einzelnen Zeitpunkten ti bis 15 so erfolgt, dass eine degressive Annäherung der Badspiegelhöhe hp00| an die Betriebsbadspiegelhöhe hPooi,op erfolgt. Zum Zeitpunkt t5 wird wiederum die stationäre Füllrate m st erreicht, die für den stationären Gießbetrieb charakteristisch ist.
Fig. 4 zeigt die Zunahme des Verteilergewichtes mv über die Füllzeit, ausgehend von einem Verteilergewicht m0, welches dem Leergewicht des Verteilergefäßes und dem Gewicht der im Verteilergefäß verbliebenen Restschmelzenmenge entspricht, bis zum Verteilergewicht m5, das mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe hPot ι,0p erzielt wird.
Diese dargestellten Füllkurvenverläufe nach den Fig. 2 und 3 begünstigen bereits während des kontinuierlichen Füllvorganges ein Abklingen der heftigen Badbewegung im Verteilergefäß und beruhigen insbesondere die Metallbadoberfläche.
Diese Beruhigungsphase im Verteilergefäß kann zusätzlich verstärkt werden, indem nach dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe die Schmelzenzufuhr - kurzzeitig unterbrochen wird. Innerhalb dieser Zeitspanne oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt kann bei Bedarf eine ergänzende Aufgabe eines Abd eckmittels auf die Metallbadoberfläche erfolgen, die mit einer halb- oder vollautomatischen Aufgabeeinrichtung 15 erfolgt (Fig. 1 ), deren Auslassöffnung oberhalb des Badspiegels in einen oder mehrere Bereiche des Verteilergefäßes mit wenig Oberflächenturbulenzen mündet. Das feinkörnige bis staubförmige Abdeckmittel wird in einem ko ntinuierlichen Rieselvorgang auf die Metallschmelze aufgebracht und soll eine vollständige Abdeckung des Metallbades im Verteilergefäß sicherstellen. Zusätzlich ist das Verteilergefäß 8 mit einem Verteilerdeckel 16 abgedeckt, mit dem der Innenraum des Verteilergefäßes gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt wird. Damit wird auch die Möglichkeit gegeben, noch vor der Zufuhr von Metallschmelze, insbesondere bei der Erstfüllung des Verteilergefäßes, eine Inertisierung des Innenraumes durchzuführen.
Mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe beginnt die Wiedereinleitung des kontinuierlichen Gießbetriebes. Hierbei wird die Menge der dem Verteilergefäß zugeführten Metallschmelze in Abhängigkeit von der aus dem Verteilergefäß in die Stranggießkokille eingeleiteten Schmelzenmenge eingestellt bzw. geregelt. Abweichungen der Badspiegelhöhe von der gewünschten quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe werden über eine Verteilergewichtsmessung erfasst. Dadurch wird kontinuierlich eine für die Badspiegelhöhe charakteristische Messgröße ermittelt und in einem Zuflussregelkreis zur Regelung der zufließenden Metallschmelzenmenge als Stell- oder Regelgröße herangezogen. Das Verteilergefäß 8 ist hierzu über Messzellen 17 auf einem Traggerüst 18, beispielsweise einem verfahrbaren Verteilerwagen, abgestützt (Fig.1).
In Fig. 5a ist das erfindungsgemäße Sequenzgießverfahren am Beispiel einer Stahlband- Gießanlage dargestellt, wobei über einer Zeitachse der Verlauf charakteristischer Kenngrößen, wie das Verteilergewicht wtUndish, die Füllrate im Verteiler m ιadte, und die Füllrate in der Kokille m m0|d mit einem zeitlichen Vorlauf, beginnend vor der Durchführung des Wechsels eines Schmelzengefäßes, und mit einem zeitlichen Nachlauf, nach Wiederbeginn des stationären Gießbetriebes, veranschaulicht ist. Bereits vor Beginn des Gefäßwechsels werden Maßnahmen gesetzt, die die Überbrückung der Wechselzeit von etwa 2 min erleichtern, indem die verfügbare Schmelzenmenge im Verteilergefäß erhöht wird. Dies erfolgt durch eine Steigerung der Füllrate m \3d\e, indem der Schieberverschluss an der Schmelzenpfanne weiter geöffnet wird, wodurch mehr Metallschmelze in das Verteilergefäß zufließt als gleichzeitig in die Stranggießkokille abfließt. Dadurch steigt das Verteilergewicht auf etwa das 1 ,1-fache des Verteilergewichtes beim stationären Gießbetrieb. Während des unmittelbar nachfolgenden Pfannenwechsels beträgt die Füllrate im Verteilergefäß: m ιad|β = 0 . Parallel wird die Gießgeschwindigkeit in der Bandgießmaschine reduziert und gegebenenfalls der Gießspiegel in der Kokille abgesenkt, sodass der Gießvorgang in der Stranggießkokille mit einer reduzierten Füllrate m m0Uid aufrecht erhalten wird. Sobald der Wechsel des Schmelzengefäßes abgeschlossen ist, wird über eine Zeitspanne von ungefähr 10 min der quasi-stationäre Betriebszustand im Verteilergefäß wieder hergestellt, indem bis zu einem Zeitpunkt mit maximaler oder annähernd maximaler Füllrate Metallschmelze in das Verteilergefäß eingebracht wird und nachfolgend, einem degressiven Kurvenverlauf folgend, die quasi-stationäre Betriebsbadspiegelhöhe angefahren. Die Gießspiegelhöhe im Verteilergefäß, die indirekt durch eine Gewichtsmessung ermittelt wird, folgt dem Kurvenverlauf tundish und zeigt vor dem Gefäßwechsel den gewünschten Anstieg im Sinne einer Bevorratung und den anschließenden Abfall auf einen Wert von etwa 80% des Verteilergewichtes bzw. der Betriebsbadspiegelhöhe bis zum Abschluss des Pfannenwechsels.
Nach einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 5b veranschaulicht ist, erfolgt die Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß mit einer wesentlich reduzierten Füllrate m ladiβ.start > die dem 0,8 bis 1 ,2-fachen der Füllrate m ιadie,oPt bei stationärem Gießbetrieb entspricht. Diese reduzierte Füllrate kann zweckmäßig innerhalb einer Bandbreite des 0,5 bis zweifachen der Füllrate m ιadiβ,opt liegen. Die Füllrate wird über einen weiten Bereich der Zeitspanne zur Wiederauffüllung des Verteilergefäßes annähernd konstant gehalten. Der grundlegende Vorteil dieser Variante liegt in der wesentlich geringeren Einströmgeschwindigkeit der Metallschmelze in das Zwischengefäß und damit ergeben sich wesentlich geringere Oberflächenturbulenzen am Metallbad. Die Strömungsgeschwindigkeit bleibt klein genug, um eine gute Abscheiderate der nichtmetallischen Einschlüsse in die Schlackenschicht zu gewährleisten und den Wiedereintrag von Schlacke zu vermeiden. Allerdings erhöht sich andererseits die Zeitspanne für das Wiederauffüllen des Verteilergefäßes auf bis zu 25 min bei gleichzeitig reduzierter Füllrate in der Kokille. Je nach zu vergießender Stahlqualität und Produktanforderungen kann ein zweckmäßiger Füllratenverlauf gewählt werden, der zwischen den in Fig. 5a und Fig. 5b dargestellten Ausführungsformen liegt.
In Fig. 6 ist eine Möglichkeit aufgezeigt, die den Eintrag von auf das Schmelzenbad aufgebrachten Abdeckmittel in das Innere des Schmelzenbades entlang oder im Nahbereich der Außenwand des Schattenrohres weitgehend ausschließen soll. Zu der bereits im Verteilergefäß 8 angesammelten Metallschmelze strömt durch das vertikal in die Schmelze eintauchende Schattenrohr 7 Metallschmelze kontinuierlich aus dem Schmelzenbehälter 5 zu. Die einströmende Metallschmelze erzeugt eine Sogwirkung entlang des Schatten roh res und gegebenenfalls in diesem Bereich gesammelte Schlacke / Abdeckmittel wird nach unten in die Metallschmelze gezogen. Mit einer Abdeckung 21 , die topfförmig ausgebildet ist, die das Schattenrohr mit radialem Abstand zu diesem umgibt und von oben in die Metallschmelze ragt, wird die gebildete Schlackenschicht 20 vom kritischen Bereich nahe dem Schattenrohr ferngehalten. Das Innere dieser Abdeckung kann bei Bedarf über die Schutzgasleitung 22 inertisiert werden. Zweckmäßig reicht diese Abdeckung so weit in das Schmelzenbad, dass auch bei minimaler Badspiegelhöhe hmin das Eintauchen des Schattenrohres gewährleistet ist. Zur fortlaufenden Aufrechterhaltung der Funktion der Abdeckung 21 ist es wesentlich, dass die aktuelle Badspiegelhöhe während des Wechsels des Schmelzengefäßes nicht unter den Wert hmin fällt, d.h. es ist zwingend notwendig, dass die Unterkante der Abdeckung 21 stets in das Schmelzenbad eintaucht.
Dem Schattenrohr 7 liegt in Ausströmrichtung der Metallschmelze ein strömungsdämpfendes Element 23 (Turbostop) im Verteilergefäß fest verankert gegenüber, wodurch der in das Verteilergefäß einströmende Flüssigmetallstrahl stark abgebremst wird.
Das beschriebene Sequenzgießverfahren hat sich als besonders erfolgreich in Verbindung mit einem Verteilergefäß gezeigt, welches in der WO 03/051560 beschrieben ist und eine Geometrie aufweist, die die Abscheidung von schmelzenfremden Partikeln besonders fördert.
In den Fig. 7a und 7b ist eine vertikal bewegbare Abteilplatte 24 in zwei Betriebspositionen in Verbindung mit dem Verteilergefäß 8 dargestellt. Durch diese Ausführungsform soll eine funktionelle Trennung im Verteilergefäß erreicht werden. Fig. 7a zeigt den Betriebszustand im Verteilergefäß unmittelbar vor dem Wiederanguss mit einem neuen Schmelzengefäß. Die im Verteilergefäß noch vorrätige Metallschmelze ist mit einem Abdeckmittel bedeckt und fließt mit einer der reduzierten Gießgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit ab. Die Abteilplatte befindet sich noch in einer angehobenen Position und wird in das Verteilergefäß abgesenkt, um es, wie in Fig. 7b dargestellt, in zwei Bereiche zu teilen. Mit der eingefahrenen Abteilplatte werden nachteilige Auswirkungen während der ersten Füllphase, die mit maximaler oder annähernd maximaler Füllrate erfolgt, auf die gesamte im Verteilergefäß befindliche Schmelzenmenge verhindert, zumindest jedoch stark reduziert. Einem ersten Bereich 25 ist die Schmelzenzufuhr zugeordnet, einem zweiten Bereich 26 ist die Ableitung der Schmelze in die Stranggießkokille zugeordnet. Im ersten Bereich 25, erfolgt eine wesentliche Beruhigung des Schmelzenbades und die Abscheidung eines Großteils der schmelzenfremden Partikel an die Schlackenschicht im ersten Bereich. Im zweiten Bereich 26 erfolgt die Abscheidung von Restbeständen von in der Metallschmelze noch enthaltenen Fremdpartikel in die das Metallbad bedeckende Schlackenschicht.

Claims

Patentansprüche:
1. Sequenzgießverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines gegossenen Metallstranges hoher Reinheit aus einer Metallschmelze, vorzugsweise einer Stahlschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Schmelzenbehälter (5) geregelt einem Verteilergefäß (8) zugeführt und von diesem Verteilergefäß geregelt in eine Stranggießkokille (4) abgeführt wird und wobei die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß während dem Wechsel des Schmelzengefäßes unterbrochen wird, während die Zufuhr der Metallschmelze in die Stranggießkokille weitergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wäh rend einer Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß die Zuflussrate in das Verteilergefäß größer ist als die Abflussrste aus dem Verteilergefäß und wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%, dieser Zeitspanne die Zuflussrate in das Verteilergefäß kleiner oder gleich dem Doppelten, vorzugsweise kleiner oder gleich dem 1 ,5-fachen, der Abflussrate aus dem Verteilergefäß ist.
2. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflussrate in das Verteilergefäß mindestens dem 0,5-fachen der maximalen Zuflussrate bei stationärem Gießbetrieb entspricht.
3. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d ass die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
4. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß während 0,1% bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und anschließend bis zum Erreichen der quasistationären Betriebsbadspiegelhöhe die Zufuhr von Metallschmelze mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt.
5. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte Füllrate einem kontinuierlich oder schrittweise abnehmenden zeitlichen Verlauf folgt.
6. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe für eine Zeitspanne unterbrochen wird.
7. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne der Unterbrechung der Schmelzenzufuhr zwischen 1 sec und 2 min, vorzugsweise zwischen 10 sec und 70 sec beträgt.
8. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Schattenrohr unmittelbar umgebender Bereich der freien Badoberfläche im Verteilergefäß von einer Abdeckung mit einem Abdeckmittel zumindest während des quasi-stationären Betriebs, vorzugsweise ständig, freigehalten wird.
9. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß diese Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt wird.
10. Sequenzgießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen einer quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe im Verteilergefäß und/oder ab dem Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt wird.
11. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der dem Verteilergefäß zugeführten Metallschmelze und die Menge der aus dem Verteilergefäß abgeführten Metallschmelze beim Gießen eines Stahlbandes auf einer Zweiwalzengießanlage zwischen 0,5 t/min und 4,0 t/min, vorzugsweise zwischen 0,8 t/min und 2,0 t/min, beträgt.
12. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf ein Abdeckmittel auf die Badoberfläche der Metallschmelze im Verteilergefäß aufgegeben wird und diese Aufgabe eines Abdeckmittels auf die Badoberfläche der Metallschmelze in einem Oberflächenbereich mit geringer Oberflächenströmungsgeschwindigkeit, Welligkeit der Badoberfläche bzw. Turbulenzintensität erfolgt.
13. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel in feinkörniger Form oder pulverförmig, vorzugsweise mit einer halb- oder vollautomatischen Aufgabeeinrichtung, aufgebracht wird.
14. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung und Überwachung der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe über eine Verteiler-Gewichtsmessung oder durch ein äquivalentes Messverfahren erfolgt.
15. Sequenzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der Zeitspanne zwischen der Wiederaufnahme der Zufuhr der Metallschmelze in das Verteilergefäß und dem Erreichen der quasistationären Betriebsbadspiegelhöhe die im Verteilergefäß enthaltene Metallschmelze durch eine Abteilplatte in zwei Teilmengen geteilt wird, wobei einer ersten Teilmenge Metallschmelze aus dem Schmelzenbehälter zugeführt wird und von einer zweiten Teilmenge Metallschmelze in die Stranggießkokille abgeleitet wird und eine Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge kontinuierlich erfolgt, wobei die Zuflussrate zur ersten Teilmenge im Verteilergefäß größer ist als die Abflussrate aus der zweiten Teilmenge, wobei während 70% bis 100%, vorzugsweise während 70% bis 99%, insbesondere während 70% bis 95%, der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß die Zuflussrate zur ersten Teilmenge kleiner oder gleich dem Doppelten der Abflussrate aus der zweiten Teilmenge ist.
16. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Metallschmelze innerhalb der letzten 5% bis 30% der Zeitspanne von der Wiederaufnahme der Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß mit einer gegenüber der Zuflussrate in der vorgelagerten Zeitspanne reduzierten Zuflussrate erfolgt.
17. Sequenzgießverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Metallschmelze unmittelbar mit Wiederaufnahme der Schmelzenzufuhr in das Verteilergefäß während 1% bis 30%, vorzugsweise während 3% bis 15%, der Zeitspanne bis zum Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß mit im Wesentlichen maximaler Zuflussrate erfolgt und anschließend bis zum Erreichen der Betriebsbadspiegelhöhe der zweiten Teilmenge im Verteilergefäß die Zufuhr von Metallschmelze mit einer demgegenüber reduzierten Füllrate erfolgt.
18. Sequenzgießverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge durch eine oder mehrere Öffnungen in der Abteilplatte erfolgt.
19. Sequenzgießverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Überleitung von Metallschmelze von der ersten Teilmenge zur zweiten Teilmenge durch einen Freiraum zwischen der Abteilplatte und dem Boden des Verteilergefäßes erfolgt.
20. Sequenzgießverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der quasi-stationären Betriebsbadspiegelhöhe bei der zweiten Teilmenge der Metallschmelze im Verteilergefäß die Zufuhr von Metallschmelze in das Verteilergefäß mengenmäßig in Abhängigkeit von der Abfuhr der Metallschmelze aus dem Verteilergefäß geregelt wird.
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