EP3427863A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von gussblöcken aus metall - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung von gussblöcken aus metall Download PDF

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EP3427863A1
EP3427863A1 EP17180661.5A EP17180661A EP3427863A1 EP 3427863 A1 EP3427863 A1 EP 3427863A1 EP 17180661 A EP17180661 A EP 17180661A EP 3427863 A1 EP3427863 A1 EP 3427863A1
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EP
European Patent Office
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ladle
metal
mold
strand
casting
Prior art date
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Withdrawn
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EP17180661.5A
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English (en)
French (fr)
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Inteco Melting And Casting Technologies GmbH
Original Assignee
Inteco Melting And Casting Technologies GmbH
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Publication date
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cast blocks from metal, in particular from steel with alloy components, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the method according to the invention.
  • a method for the production of cast blocks from metal with the features of the preamble of claim 1 is known from WO 2015/101553 A1 the applicant known.
  • the process also known as continuous casting, is a process that has been known and tested for decades and represents a standard for the production of cast blocks of various qualities and dimensions.
  • continuous casting there are applications in which the liquefied metal is not produced directly from the ladle but by using a Taken between intermediate ladle between the ladle and the mold in the mold or poured.
  • the continuous casting process known from the prior art depending on the format (in this case, the cross-sectional area of the cast block), is characterized by casting or block formation rates of between 0.3 m / min and 4 m / min.
  • the metallurgical length is understood to be the length in the cast block, in the region of which the liquefied metal has not yet completely solidified over the cross section of the cast block.
  • such continuous casting process are characterized by the fact that they have a high Enables productivity even with large volumes of steel to process, typically between 100,000 tonnes and 300,000 tonnes per strand per year.
  • the block casting process in which the liquefied metal is poured into a closed in the bottom region vessel, which is removed after solidification of the strand of the strand.
  • the ingot casting method is especially applied to special grades, i. in compositions of the strand or ingot, for which there is typically only a relatively small need, for example, high-alloy steels.
  • the continuous casting process required above for producing the continuous casting process is not worthwhile, because it requires a relatively high technical complexity, in particular through extraction devices for removing the strand from the mold, deflection for transferring the strand produced in vertical continuous casting in a horizontal direction etc.
  • the block casting process is also suitable if the required dimensions of the strand are very large, so that this would lead to extreme machine lengths and investment costs in the case of continuous casting production at the usual continuous casting speeds and casting times.
  • the low yield i.e., the relatively small amount of molten metal that can be used for billet casting in the total amount of molten metal
  • the only average quality of the block exhibited.
  • the present invention seeks to design a known from the prior art continuous casting process such that it is suitable to produce ingots of metals, which typically for the reasons mentioned above, only economically over make the ingot casting process or where the skilled person would typically use the ingot casting process.
  • Essential to the invention is that a casting rate from the ladle or the intermediate vessel in the mold between 50kg / min and a maximum of 300kg / min is set, that the ladle is heated, that the temperature of the metal in the ladle during the entire casting process to a target Temperature is controlled with a temperature tolerance of ⁇ 5 ° C, that the target temperature at the beginning of the casting process is a maximum of 30 ° C above the melting point of the metal to be cast, and that the metallurgical length of the strand is a maximum of 15m. Due to the precise temperature control, the casting speed can be chosen to be relatively small, which has a positive effect on the quality of the cast ingot or strand produced.
  • cast blocks made of metal in particular of steel with alloy constituents, can be produced in the continuous casting process, which have no loss of quality compared to ingots produced in the block casting process and moreover an economical production allow even at relatively low levels, since on the one hand the output is massively increased compared to the block casting process and at the same time the investment costs for a required for the manufacture of such ingots plant can be limited.
  • the method according to the invention is particularly suitable for producing cast blocks made of metal, which use steel with alloy components, so that special qualities are produced due to the alloy constituents, for example particularly high or good strength properties or similar properties desired depending on the alloy constituents respectively.
  • steels are used in which chromium, nickel, molybdenum or tungsten are added individually or in combination as alloy constituents, with the proportion by weight of the total alloy constituents typically being at most 30%.
  • inventive method is also suitable for the production of nickel and / or cobalt superalloys with nickel and cobalt contents of over 50%.
  • an intermediate vessel between the ladle and the mold that the (liquefied) metal in the tundish, especially after emptying the ladle to cool down too much before it is poured into the mold
  • an intermediate vessel is used, provided that this has a maximum of 20% of the volume of the ladle, wherein the metal is not heated in the region of the tundish. Due to the relatively small intermediate vessel is thus excluded that too much heat loss or excessive cooling of the metal takes place in the tundish, which would otherwise only an additional increased target temperature for the metal in the ladle could be compensated, which, however, in turn, among other things, for reasons of energy consumption and quality reasons is not desirable.
  • an intermediate vessel whose volume is between 20% and 100% of the ladle volume, it is envisaged to produce high quality ingots from the above discussion that the tundish is heated, either alternatively to heating the metal in the ladle for single casting or additionally for sequence casting.
  • the process leads to metallurgical lengths in the strand between at least 2m and a maximum of 10m. With such orders of magnitude of the metallurgical length, the desired qualities can be produced particularly easily and well with relatively compact systems.
  • the essential parameters explained in the context of the invention can be additionally specified or optimized and supplemented.
  • the invention also includes a system for carrying out a method according to the invention described so far with a ladle, a mold and a discharge device for removing an at least partially solidified strand from the mold. Due to the procedural parameters provided such a system is typically characterized by the fact that their total height is a maximum of 40m. As a result, the investment costs for the system, which in addition to the costs for the actual system also include building investment costs, significantly limit or significantly reduce.
  • a simplified first system 100 for carrying out the method according to the invention is shown schematically simplified during the regular casting process of a strand 4.
  • the liquid metal 1 contained in a masonry ladle 10 typically consists of steel with alloying constituents, in particular chromium, nickel, molybdenum or tungsten, individually or in combination, the weight proportions of the alloy constituents totaling a maximum of 30%.
  • the ladle 10 is designed as a heated ladle 10 and arranged in operative connection with a heating device 11, which is shown only symbolically and is known per se from the state of the art.
  • the heating device 11 may in particular be an inductive heating device 11, a heating device 11 using two or three graphite or hollow electrodes with or without gas supply or a plasma torch.
  • the metal 1 passes through a likewise lined intermediate vessel 12 in a short, water-cooled oscillating and downwardly open mold 14, which may be provided with a Kokillenrrocker 16, in the liquid metal sump 3, which is enclosed by the forming solidified strand shell of a cast block 5 ,
  • the tundish 12 is typically provided without a heating device.
  • the volume of the intermediate vessel 12 is between 20% and 100% of the volume of the ladle 10 or of the metal 1 located within the ladle 10 then it is preferably provided that the intermediate vessel 12 is provided in a heating device not shown in the FIGURE or is heated.
  • a heating device can then be designed, for example, as induction heating or with two or three graphite or hollow electrodes. It also explains that it is also possible the metal supply to the mold 14 to be made directly from the ladle 10, ie to dispense with an intermediate vessel 12. To protect against oxidation, the liquid metal 1 is discharged through so-called ceramic shadow tubes 18 into the tundish 12 or the mold 14.
  • the metal mirror in the vertically oriented mold 14 is usually covered by casting powder 7.
  • the resting on a bottom plate 20 with a trigger mechanism 22, forming ingot 5 of the strand 4 is withdrawn according to the casting speed down so long from the mold 14 until the desired or due to the volume of the metal 1 in the ladle 10 resulting block length L is reached. There is no deformation of the strand 4 in the longitudinal direction of the strand 4 instead.
  • an optionally provided electromagnetic mold stirrer 16 it is also possible to provide an optionally vertically movable electromagnetic stirrer 24 below the mold 14 in the region of a secondary cooling zone 26 and also in the region of solidification of the cast block 5. Furthermore, one or more isolation devices may be provided below the mold 14 with horizontally movable against the cast block 5 can be placed or stationarily arranged warming bowls 25.
  • the total height H of the plant 100, starting from a foundation 101, is a maximum of 40m, not shown facilities of the plant 100 can be provided above the ladle 10.
  • the cast block 5 produced by the continuous casting method according to the invention is characterized by a metallurgical Length I of the metal sump 3 or the strand 4 between at least 2m and a maximum of 15m, with preferably a maximum of 10m are provided.
  • the casting block 5 is withdrawn from the region of the mold 14 by means of the trigger mechanism 22 continuously in accordance with the casting speed of the metal 1 from the ladle 10 and from the tundish 12 into the mold 14.
  • the casting time for casting the metal 1 in the ladle 10 is preferably at least 70 minutes, with a casting rate being set in the mold 14 per strand 4 between 50 kg / min and 300 kg / min, regardless of the casting format or cross section of the strand 4.
  • the temperature T of the metal 1 in the ladle 10 is controlled to a temperature tolerance of +/- 5 ° C to a target temperature T soll , which is made possible by the heated ladle 10.
  • the target temperature T soll is a preselected temperature, which is a maximum of 30 ° C above the melting point of the metal to be cast 1.
  • a control device 30 can serve in particular, which performs a corresponding control of the heating device 11 as a function of the measured temperature T or is connected to the heating device 11.
  • the in the Fig. 2 illustrated plant 100a is characterized in that instead of the bottom plate 20, a trigger mechanism 22a is used with take-off rollers 27, which pull the strand 4 from the mold 14. Furthermore, the forming ingot 5 of the strand 4 after its solidification by a suitable, vertically movable Separator 28 separated at the level of the dividing line 8 and transported away by means of a vertically movable transport or handling device 29 from the area of the plant 100a.
  • This allows the implementation of the so-called sequence casting, in which the metal 1 can be processed or potted from several G devispannen 10 in time immediately consecutive, without interrupting the casting process.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gussblöcken (5) aus Metall (1), insbesondere aus Stahl mit Legierungsbestandteilen, durch Stranggießen aus einer Gießpfanne (10) oder aus einer Gießpfanne (10) über ein Zwischengefäß (12) in eine kurze, nach unten offene Kokille (14) und Abziehen des Strangs (4) aus der Kokille (14) mittels einer Abzugseinrichtung (22; 22a), bei der der Strang (4) in Längsrichtung nicht verformt wird.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gussblöcken aus Metall, insbesondere aus Stahl mit Legierungsbestandteilen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Gussblöcken aus Metall mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der WO 2015/101553 A1 der Anmelderin bekannt. Das auch als Stranggussverfahren bekannte Verfahren ist ein seit Jahrzehnten bekanntes und erprobtes Verfahren und stellt einen Standard zur Herstellung von Gussblöcken unterschiedlichster Qualitäten und Dimensionen dar. Dabei gibt es beim Stranggießen Anwendungen, bei denen das verflüssigte Metall nicht unmittelbar aus der Gießpfanne, sondern unter Verwendung eines Zwischengefäßes zwischen der Gießpfanne und der Kokille in die Kokille abgegeben bzw. eingegossen wird. Weiterhin zeichnet sich das aus dem Stand der Technik bekannte Stranggussverfahren je nach Format (gemeint ist hierbei die Querschnittsfläche des Gussblockes) durch Gieß- bzw. Blockentstehungsraten zwischen 0,3m/min und 4m/min aus. Daraus resultieren typischerweise metallurgische Längen im Gussblock bzw. Strang von üblicherweise mindestens 15m bis 25m und auch länger. Hierbei wird unter der metallurgischen Länge die Länge im Gussblock verstanden, in deren Bereich das verflüssigte Metall noch nicht vollständig über den Querschnitt des Gussblocks erstarrt ist. Insbesondere zeichnen sich derartige Stranggussverfahren dadurch aus, dass sie eine hohe Produktivität auch bei großen Mengen von zu verarbeitenden Stählen ermöglicht, die typischerweise eine Größenordnung zwischen 100.000 Tonnen und 300.000 Tonnen pro Strang und Jahr betragen können.
  • Neben dem oben genannten Stranggussverfahren mit all seinen technischen Varianten und je nach Anwendungsfall vorhandenen Merkmalen gibt es darüber hinaus weiterhin das Blockgussverfahren, bei dem das verflüssigte Metall in ein im Bodenbereich geschlossenes Gefäß eingefüllt wird, welches nach dem Erstarren des Strangs von dem Strang entfernt wird. Das Blockgussverfahren wird insbesondere bei Spezialqualitäten angewandt, d.h. bei Zusammensetzungen des Strangs bzw. Gussblocks, für die typischerweise nur ein relativ geringer Bedarf besteht, beispielweise hochlegierte Stähle. Für derartig geringe Mengen lohnt sich die oben zum Erzeugen im Stranggussverfahren erforderliche Stranggussanlage deshalb nicht, weil sie einen relativ hohen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert, insbesondere durch Abzugseinrichtungen zum Abziehen des Strangs aus der Kokille, Umlenkeinrichtungen zum Überführen des im vertikalen Strangguss erzeugten Strangs in eine horizontale Richtung usw.
  • Weiterhin wird erwähnt, dass es aus Qualitätsgründen bei Gussblöcken beispielsweise aus hochlegierten Stählen zur Reduzierung der Bauhöhe einer Stranggussanlage nicht möglich ist, diese aus der Vertikalen in die Horizontale umzulenken, da dadurch festigkeits- bzw. qualitätsmindernde Spannungen im Querschnitt des erstarrten Strangs generiert werden. Derartige Stränge lassen sich zwar im Stranggussverfahren über ein Vertikalstranggussverfahren erzeugen, dies führt jedoch dann zwangsläufig zu sehr hohen Bauhöhen der Stranggussanlage, die mit einem sehr hohen Investitionsaufwand verbunden sind. Derartige Investitionskosten lohnen sich jedoch, wie oben erläutert, bei den in relativ geringer Menge anfallenden Spezialstählen typischerweise nicht.
  • Weiterhin bietet sich das Blockgussverfahren auch dann an, wenn die geforderten Dimensionen des Strangs sehr groß sind, sodass bei einem Herstellen im Stranggussverfahren dies bei den üblichen Stranggussgeschwindigkeiten und Gießzeiten zu extremen Maschinenlängen und Investitionskosten führen würde.
  • Als nachteilhaft beim Erzeugen von Strängen im Blockgussverfahren haben sich u.a. die relativ langen manuellen Vorbereitungszeiten, das geringe Ausbringen (d.h. der relativ geringe Anteil des zum Blockguss nutzbaren, aufgeschmolzenen Metalls an der Gesamtmenge des aufgeschmolzenen Metalls) und die lediglich durchschnittliche bzw. mittelmäßige Qualität des erzeigten Blocks herausgestellt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aus dem Stand der Technik an sich bekanntes Stranggussverfahren derart auszugestalten, dass es sich dazu eignet, auch Gussblöcke aus Metallen herzustellen, die sich aus den oben genannten Gründen typischerweise wirtschaftlich nur über das Blockgussverfahren herstellen lassen bzw. bei denen der Fachmann typischerweise das Blockgussverfahren anwenden würde. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, das Stranggussverfahren derart auszugestalten, dass im Vergleich zum Blockgussverfahren keine reduzierte Qualität des aus dem verflüssigten Metall erzeugten Gussblocks in Kauf genommen werden muss, und dass weiterhin das Verfahren Anlagen ermöglicht, die mit relativ geringen Investitionskosten herstellbar sind, um damit auch wirtschaftlich bei relativ geringen Herstellmengen Gussblöcke herstellen zu können.
  • Die genannten Aufgaben werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Gussblöcken aus Metall mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch eine genau aufeinander abgestimmte Auswahl von Parametern erzielt, die während des Herstellens der Gussblöcke im Stranggussverfahren eingehalten werden müssen.
  • Erfindungswesentlich ist dabei, dass eine Gießrate aus der Gießpfanne bzw. dem Zwischengefäß in die Kokille zwischen 50kg/min und maximal 300kg/min eingestellt wird, dass die Gießpfanne beheizt wird, dass die Temperatur des Metalls in der Gießpfanne während des gesamten Gießvorgangs auf eine Soll-Temperatur mit einer Temperaturtoleranz von ± 5°C geregelt wird, dass die Soll-Temperatur zu Beginn des Gießvorgangs maximal 30°C über dem Schmelzpunkt des zu vergießenden Metalls liegt, und dass die metallurgische Länge des Strangs maximal 15m beträgt. Durch die genaue Temperaturregelung kann die Gießgeschwindigkeit relativ klein gewählt werden, was sich positiv auf die Qualität des erzeugten Gussblocks bzw. Strangs auswirkt.
  • Durch die Einhaltung der Kombination der beanspruchten Parameter mit den angesprochenen Grenzen lassen sich im Stranggussverfahren Gussblöcke aus Metall, insbesondere aus Stahl mit Legierungsbestandteilen, herstellen, die im Vergleich zu Gussblöcken, die im Blockgussverfahren hergestellt sind, keinerlei Qualitätseinbußen aufweisen und die darüber hinaus eine wirtschaftliche Herstellung auch bei relativ geringen Mengen ermöglichen, da einerseits die Ausbringung im Vergleich zum Blockgussverfahren massiv erhöht wird und gleichzeitig die Investitionskosten für eine zum Herstellen derartiger Gussblöcke erforderlichen Anlage begrenzt werden können..
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen
  • Wie oben erläutert, bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung von Gussblöcken aus Metall an, bei denen Stahl mit Legierungsbestandteilen verwendet werden, sodass aufgrund der Legierungsbestandteile Spezialqualitäten erzeugt werden, die beispielsweise besonders hohe bzw. gute Festigkeitseigenschaften oder ähnliche, je nach Legierungsbestandteilen gewünschte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere finden dabei Stähle Verwendung, bei denen als Legierungsbestandteile einzeln bzw. in Kombination Chrom, Nickel, Molybdän oder Wolfram zugefügt werden, wobei der Gewichtsanteil der gesamten Legierungsbestandteile typischerweise maximal 30% beträgt. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Erzeugung von Nickel- und/oder Kobalt-Superlegierungen mit Nickel- und Kobaltanteilen von über 50%.
  • Um bei Verwendung eines Zwischengefäßes zwischen der Gießpfanne und der Kokille zu vermeiden, dass sich das in dem Zwischengefäß befindliche (verflüssigte) Metall insbesondere nach dem Leeren der Gießpfanne zu stark abkühlt, bevor es in die Kokille vergossen wird, ist es bei Ausführungsformen, bei denen ein Zwischengefäß verwendet wird vorgesehen, dass dieses maximal 20% des Volumens der Gießpfanne aufweist, wobei das Metall im Bereich des Zwischengefäßes nicht erwärmt wird. Durch das relativ kleine Zwischengefäß wird somit ausgeschlossen, dass ein zu großer Wärmeverlust bzw. ein zu starkes Abkühlen des Metalls in dem Zwischengefäß stattfindet, was ansonsten nur über eine zusätzlich erhöhte Solltemperatur für das Metall in der Gießpfanne ausgeglichen werden könnte, welches jedoch wiederum u.a. aus Gründen des Energieaufwands und aus Qualitätsgründen nicht erwünscht ist.
  • Soll jedoch ein Zwischengefäß verwendet werden, dessen Volumen zwischen 20% und 100% des Volumens der Gießpfanne beträgt, ist es zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Gussblöcken aus den obigen Erläuterungen vorgesehen, dass das Zwischengefäß erwärmt bzw. beheizt wird, entweder alternativ zur Beheizung des Metalls in der Gießpfanne bei Einzelguss oder zusätzlich bei Sequenzguss.
  • Ganz bevorzugt ist es, wenn das Verfahren zu metallurgischen Längen im Strang zwischen mindestens 2m und maximal 10m führt. Bei derartigen Größenordnungen der metallurgischen Länge lassen sich die gewünschten Qualitäten besonders einfach und gut mit relativ kompakt bauenden Anlagen erzeugen.
  • Wie eingangs erläutert, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, ganz spezifische Gießparameter zur Erzeugung der gewünschten Qualitäten bei der wirtschaftlichen Herstellung der Gussblöcke einzuhalten. Die eingangs im Rahmen der Erfindung erläuterten wesentlichen Parameter lassen sich darüber hinaus noch zusätzlich genauer spezifizieren bzw. optimieren sowie ergänzen. Hierzu zählt es, dass die Gießdauer für das Entleeren des Metalls aus der Gießpfanne mindestens 70min beträgt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass gegenüber typischen Stranggussverfahren die Gießdauer tendenziell eher länger gewählt wird, d.h., dass ein tendenziell langsameres Vergießen des Metalls aus der Gießpfanne in die Kokille gegenüber typischen Stranggussverfahren stattfindet. Dieses langsame Vergießen begünstigt die Optimierung der Qualität des Gusses.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Anlage zum Durchführen eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Gießpfanne, einer Kokille und einer Abzugseinrichtung zum Abziehen eines zumindest teilweise erstarrten Strangs aus der Kokille. Aufgrund der verfahrenstechnisch vorgesehenen Parameter zeichnet sich eine derartige Anlage typischerweise dadurch aus, dass deren Gesamtbauhöhe maximal 40m beträgt. Dadurch lassen sich die Investitionskosten für die Anlage, die neben den Kosten für die eigentliche Anlage auch Gebäudeinvestitionskosten umfassen, erheblich begrenzen bzw. deutlich reduzieren.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in
    • Fig. 1
    eine erste Anlage zur Herstellung von Gussblöcken aus Metall im Stranggussverfahren unter Verwendung einer absenkbaren Bodenplatte in einer vereinfachter Darstellung und
    Fig. 2
    eine gegenüber Fig. 1 modifizierte Anlage mit einer kontinuierlichen Abzugseinrichtung und mit einer Trenneinrichtung zum Abtrennen erstarrter Gussblöcke von einem Strang zum kontinuierlichen Vergießen und inline-Abtrennen einer vordefinierten, frei wählbaren Stranglänge mit der Möglichkeit, mehrere Gießpfannen hintereinander ohne Unterbrechung des Gießvorgangs vergießen zu können..
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der Fig. 1 ist eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete erste Anlage 100 stark vereinfacht während des regulären Gießvorgangs eines Strangs 4 schematisch dargestellt. Das in einer ausgemauerten Gießpfanne 10 enthaltene flüssige Metall 1 besteht typischerweise aus Stahl mit Legierungsbestandteilen, insbesondere Chrom, Nickel, Molybdän oder Wolfram einzeln oder in Kombination, wobei der Gewichtsanteile der Legierungsbestandteile insgesamt maximal 30% betragen. Die Gießpfanne 10 ist als beheizte Gießpfanne 10 ausgebildet und in Wirkverbindung mit einer lediglich symbolisch dargestellten, an sich aus dem Stand der Technik bekannten Heizeinrichtung 11 angeordnet. Bei der Heizeinrichtung 11 kann es sich insbesondere um eine induktive Heizeinrichtung 11, eine Heizeinrichtung 11 unter Verwendung von zwei oder drei Grafitvoll- oder Hohlelektroden mit oder ohne Gaszufuhr oder einen Plasmabrenner handeln.
  • Das Metall 1 gelangt über ein ebenfalls ausgemauertes Zwischengefäß 12 in eine kurze, wassergekühlte oszillierende und nach unten offene Kokille 14, die mit einem Kokillenrührer 16 versehen sein kann, in den flüssigen Metallsumpf 3, der von der sich bildenden erstarrten Strangschale eines Gussblocks 5 eingeschlossen wird.
  • Für den Fall, dass das Volumen des Zwischengefäßes 12 maximal 20% des Volumens der Gießpfanne 10 beträgt, ist das Zwischengefäß 12 typischerweise ohne Heizeinrichtung versehen. Beträgt das Volumen des Zwischengefäßes 12 jedoch zwischen 20% und 100% des Volumens der Gießpfanne 10 bzw. des innerhalb der Gießpfanne 10 befindlichen Metalls 1, so ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Zwischengefäß 12 in einer der Figur nicht dargestellten Heizeinrichtung versehen ist bzw. beheizt wird. Eine derartige Heizeinrichtung kann dann beispielsweise als Induktionsheizung oder mit zwei oder drei Grafitvoll- oder Hohlelektroden ausgebildet sein. Darüber hinaus wird erläutert, dass es auch möglich ist, die Metallzufuhr zur Kokille 14 direkt von der Gießpfanne 10 erfolgen zu lassen, d.h. auf ein Zwischengefäß 12 zu verzichten. Zum Schutz vor Oxydation wird das flüssige Metall 1 durch sogenannte keramische Schattenrohre 18 in das Zwischengefäß 12 bzw. die Kokille 14 abgegeben.
  • Der Metallspiegel in der vertikal ausgerichteten Kokille 14 wird üblicherweise durch Gießpulver 7 abgedeckt. Der auf einer Bodenplatte 20 mit einem Abzugsmechanismus 22 aufsitzende, sich bildende Gussblock 5 des Strangs 4 wird entsprechend der Gießgeschwindigkeit so lange nach unten aus der Kokille 14 abgezogen, bis die gewünschte bzw. aufgrund des Volumens des Metalls 1 in der Gießpfanne 10 sich ergebende Blocklänge L erreicht ist. Dabei findet keine Verformung des Strangs 4 in Längsrichtung des Strangs 4 statt.
  • Neben einem wahlweise vorgesehenen elektromagnetischen Kokillenrührer 16 kann auch ein optional vertikal verfahrbarer elektromagnetischer Rührer 24 unterhalb der Kokille 14 im Bereich einer Sekundärkühlzone 26 und auch im Bereich der Durcherstarrung des Gussblocks 5 vorgesehen sein. Weiterhin können unterhalb der Kokille 14 eine oder mehrere Isolationseinrichtungen mit horizontal beweglich gegen den Gussblock 5 anlegbaren oder stationär angeordneten Warmhalteschalen 25 vorgesehen sein.
  • Die gesamte Bauhöhe H der Anlage 100, ausgehend von einem Fundament 101, beträgt maximal 40m, wobei nicht dargestellte Einrichtungen der Anlage 100 oberhalb der Gießpfanne 10 vorgesehen sein können.
  • Weiterhin zeichnet sich der durch das erfindungsgemäße Stranggussverfahren erzeugte Gussblock 5 durch eine metallurgische Länge I des Metallsumpfes 3 bzw. des Strangs 4 zwischen mindestens 2m und maximal 15m aus, wobei bevorzugt maximal 10m vorgesehen sind. Der Gussblock 5 wird aus dem Bereich der Kokille 14 mittels des Abzugmechanismus 22 kontinuierlich entsprechend der Gießgeschwindigkeit des Metalls 1 aus der Gießpfanne 10 bzw. aus dem Zwischengefäß 12 in die Kokille 14 abgezogen. Die Gießdauer zum Vergießen des in der Gießpfanne 10 befindlichen Metalls 1 beträgt bevorzugt wenigstens 70min, wobei eine Gießrate in die Kokille 14 pro Strang 4 zwischen 50kg/min und 300kg/min unabhängig vom Gießformat bzw. Querschnitt des Strangs 4 eingestellt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Temperatur T des Metalls 1 in der Gießpfanne 10 auf eine Temperaturtoleranz von +/- 5°C zu einer Soll-Temperatur Tsoll geregelt wird, was durch die beheizte Gießpfanne 10 ermöglicht wird. Die Solltemperatur Tsoll ist eine vorgewählte Temperatur, die maximal 30°C über dem Schmelzpunkt des zu vergießenden Metalls 1 liegt. Zur Regelung der Temperatur T des Metalls 1 in der Gießpfanne 10 kann insbesondere eine Steuereinrichtung 30 dienen, die eine entsprechende Ansteuerung der Heizeinrichtung 11 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur T vornimmt bzw. mit der Heizeinrichtung 11 verbunden ist.
  • Durch die oben erwähnten Prozessparameter und die Dimensionierung der Anlage 100 lassen sich Spezialqualitäten bzw. Gussblöcke 5 wirtschaftlich im Stranggussverfahren herstellen, die sich typischerweise durch relativ hohe Legierungsbestandteile auszeichnen sowie durch relativ geringe Produktionsmengen pro Jahr.
  • Die in der Fig. 2 dargestellte Anlage 100a zeichnet sich dadurch aus, dass anstelle der Bodenplatte 20 ein Abzugsmechanismus 22a mit Abzugsrollen 27 verwendet wird, die den Strang 4 aus der Kokille 14 abziehen. Weiterhin wird der sich bildende Gussblock 5 des Strangs 4 nach dessen Durcherstarrung durch eine geeignete, vertikal verfahrbare Trenneinrichtung 28 in Höhe der Trennline 8 abgetrennt und mittels einer vertikal verfahrbaren Transport- bzw. Handlingseinrichtung 29 aus dem Bereich der Anlage 100a abtransportiert. Dies erlaubt die Durchführung des sogenannten Sequenzgusses, bei dem das Metall 1 aus mehreren Gießpannen 10 zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend verarbeitet bzw. vergossen werden kann, ohne des Gießprozess zu unterbrechen.
  • Die soweit beschriebene Anlage 100, 100a sowie das beschriebene Verfahren soll darüber hinaus nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sein, sondern auch Abwandlungen enthalten können, die jedoch von den angesprochenen Parametern während des Gießens Gebrauch machen.
  • So ist es beispielswiese denkbar, einen aus feuerfestem Material bestehenden, ggf. beheizbar ausgebildeten Ausgleichsbehälter 35 bei der Anlage 100, 100a vorzusehen, der insbesondere gegen Gießende auf die Kokille 14 aufgesetzt wird, um einerseits Metall 1 als Ausgleich der Schrumpfung zuzuführen und andererseits eine verzögerte Erstarrung des Metalls 1 in der Kokille 14 zu bewirken, was sich nochmals qualitätssteigend auswirkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metall
    3
    Metallsumpf
    4
    Strang
    5
    Gussblock
    7
    Gießpulver
    8
    Trennlinie
    10
    Gießpfanne
    11
    Heizeinrichtung
    12
    Zwischengefäß
    14
    Kokille
    16
    Kokillenrührer
    18
    Schattenrohr
    20
    Bodenplatte
    22, 22a
    Abzugsmechanismus
    24
    Rührer
    25
    Warmhalteschale
    26
    Sekundärkühlzone
    27
    Abzugsrolle
    28
    Trenneinrichtung
    29
    Handlingseinrichtung
    30
    Steuereinrichtung
    35
    Ausgleichsbehälter
    100, 100a
    Anlage
    101
    Fundament
    I
    metallurgische Länge
    L
    Blocklänge
    H
    Höhe der Anlage

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung von Gussblöcken (5) aus Metall (1), insbesondere aus Stahl mit Legierungsbestandteilen, durch Stranggießen aus einer Gießpfanne (10) oder aus einer Gießpfanne (10) über ein Zwischengefäß (12) in eine kurze, nach unten offene Kokille (14) und Abziehen des Strangs (4) aus der Kokille (14) mittels einer Abzugseinrichtung (22; 22a), bei der der Strang (4) in Längsrichtung nicht verformt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Gießrate aus der Gießpfanne (10) bzw. aus dem Zwischengefäß (12) von 50kg/min bis 300kg/min eingestellt wird, dass die Gießpfanne (10) beheizt wird, dass die Temperatur (T) des Metalls (1) in der Gießpfanne (10) während des gesamten Gießvorgangs auf eine Solltemperatur (Tsoll) mit einer Temperaturtoleranz von +/- 5Grad Celsius geregelt wird, dass die Solltemperatur (Tsoll) zu Beginn des Gießvorgangs maximal 30 Grad über dem Schmelzpunkt des zu vergießenden Metalls (1) liegt, und dass die metallurgische Länge (I) des Strangs (4) maximal 15m beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Metall (1) Stahl ist und dass als Legierungsbestandteile Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram einzeln oder in Kombination mit einem Gewichtsanteil von insgesamt max. 30% verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Verwendung eines Zwischengefäßes (12) dieses maximal 20% des Volumens der Gießpfanne (10) aufweist, wobei das Metall (1) im Bereich des Zwischengefäßes (12) nicht erwärmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Verwendung eines Zwischengefäßes (12) dieses zwischen 20% und 100% des Volumens der Gießpfanne (10) aufweist, wobei das Metall (1) im Bereich des Zwischengefäßes (12) erwärmt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strang (4) aus der Kokille (14) kontinuierlich abgezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die metallurgische Länge (I) des Strangs (4) mindestens 2m und maximal 10m beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gießdauer für das Entleeren der Gießpfanne (10) mindestens 70min beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass gegen Gießende ein ggf. beheizter Ausgleichsbehälter (35) zur Aufnahme von flüssigem Metall (1) auf die Kokille (14) aufgesetzt wird.
  9. Anlage (100; 100a) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Gießpfanne (10), einer Kokille (14) und einer Abzugseinrichtung (22; 22a) zum Abziehen eines zumindest teilweise erstarrten Strangs (4) aus der Kokille (14),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gesamtbauhöhe (H) der Anlage (100) maximal 40m beträgt.
  10. Anlage nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gießpfanne (10) in Wirkverbindung mit einer Heizeinrichtung (11) angeordnet ist, und dass die Heizeinrichtung (11) zur Einhaltung der Solltemperatur (Tsoll) von einer Steuereinrichtung (30) ansteuerbar ist.
  11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein ggf. beheizter Ausgleichsbehälter (35) für flüssiges Metall (1) vorgesehen ist, der zeitweise, insbesondere gegen Gießende, auf das Ende der Kokille (14) aufsetzbar ist.
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