NL1007646C2 - Werkwijze voor het continu gieten van gesmolten staal tot knuppels of blooms van hoge kwaliteit. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET CONTINU GIETEN VAN GESMOLTEN STAAL TOT KNUPPELS OF BLOOMS VAN HOGE KWALITEIT

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het continu gieten van 5 gesmolten staal tot knuppels of blooms van hoge kwaliteit met gebruikmaking van een inrichting van het type omvattende een buffervat, een dompelpijp, een gietvorm en een toevoerleiding voor het gesmolten metaal naar het buffervat, waarbij de dompelpijp aansluit op de bodem van het buffervat en tijdens bedrijf tot in de gietvorm reikt, het buffervat gasdicht afsluitbaar is uitgevoerd en in of nabij zijn 10 bovenwand is voorzien van een afzuigopening en waarbij de toevoerleiding nabij de bodem van het buffervat daarin uitmondt, waarbij de toevoerleiding met zijn andere uiteinde aansluit op de bodem van een verdeelbak, welke bodem hoger is gelegen dan die van het buffervat en dat middelen aanwezig zijn voor het injecteren van een spoelgas in het gesmolten staal ter plaatse van de toevoerleiding.

15 Een inrichting van het in de aanhef vermelde type is eerder beschreven in het

Nederlandse octrooischrift NL 1001976 voor het gebruik bij het gieten van plakken. Daarmee is beoogd door het spoelen met een spoelgas het optreden van scheuren en oxidische insluitsels, veelal grotere insluitsels, tegen te gaan. Daartoe is de injectie van kleine hoeveelheden van bijvoorbeeld Argon voldoende, waarbij bijvoorbeeld 20 gedacht kan worden aan minder dan 5 NI per ton vergoten staal. Afhankelijk van de geometrie van de gietmachine en de dompelpijp dient de werkdruk dan niet te laag te zijn. Voor deze bekende toepassing zal de werkdruk in het algemeen circa 100 mbar of hoger moeten bedragen.

Bij plakkengietmachines wordt veelal reeds vooraf ontgast staal vergoten, 25 waarbij de ontgassing bijvoorbeeld wordt verkregen met gebruikmaking van een vacuümpanbehandeling. Ook is het bekend om bijvoorbeeld waterstof in gloeiovens uit de gegoten plakken te verwijderen.

Bij knuppelgietmachines is het gebruik van vacuümpaninstallaties en gloeiovens, vanwege de kleinere schaal van de productiefaciliteiten, niet 30 aantrekkelijk. Daarom is gezocht naar mogelijkheden om de concentratie van waterstof in het vloeibare staal op een andere wijze tegen te gaan. Daarbij dient te 1007646 -2- worden opgemerkt dat bijvoorbeeld bij het gieten van smeedknuppels het verlagen van de concentratie van waterstof in het vloeibare staal met name van belang is voor: - het tegengaan van waterstof-brosheid in smeedstaal. Zeker naarmate de eindmaten na smeden zeer dicht de gietmaat benaderen is er nauwelijks 5 vervorming geweest om de waterstof te verwijderen. De belastingen van deze onderdelen (die vaak kritisch zijn ten aanzien van de veiligheid, bijvoorbeeld in de automobielindustrie) zijn dusdanig dat waterstofbrosheid (op de korrelgrenzen) eenvoudig tot scheuren en breuk kan leiden, zonder dat dit in het gesmede product ultrasoon gemeten kan 10 worden (delayed cracking).

- het tegengaan van gasblazen (pinholes). Deze gasblazen ontstaan omdat gestold staal minder gas kan bevatten dan vloeibaar staal.

Het gebruik van de uit NL 1001976 bekende inrichting op de daarin beschreven wijze levert bij het gieten van knuppels en blooms onvoldoende resultaat op indien 15 men zeer lage waterstofconcentraties wil bereiken.

Een voordeel van zeer lage waterstofconcentraties, in bijvoorbeeld staal dat aan sterke vervorming wordt onderworpen, bestaat erin dat daardoor de vorming van, met waterstof gevulde, holtes in het stollende staal wordt voorkomen.

De uitvinding bestaat nu daarin dat bij de werkwijze van het in de aanhef 20 bekende type als spoelgas argon wordt geïnjecteerd en dat via de afzuigopening uit het buffervat gas wordt afgezogen totdat boven in dat buffervat een absolute gasdruk heerst van <15 mbar en dat argon wordt geïnjecteerd in een hoeveelheid van > 25 NI per ton gegoten staal.

Opgemerkt wordt dat deze gasdruk en deze hoeveelheid sterk afwijkend zijn van 25 de bij het gieten van plakken gebruikelijke waarden.

Door spoelgas, zoals argon, in het gesmolten metaal te injecteren ter plaatse van de toevoerleiding, kunnen zich in deze toevoerleiding gasbellen vormen, welke een vrij lange verblijfsduur in het bad hebben tussen de injectieplaats en het vrije oppervlak van het metaal in de verdeelbak. Naarmate deze gasbellen stijgen zal de 30 druk erop verminderen, en zullen de gasbellen een groter grensoppervlak met het metaal krijgen.

1007646 -3-

De werking van bellen met argon gas is tweeërlei. Enerzijds vormen de gasbellen kiemen voor het vormen van waterstofbellen, waardoor waterstof sneller uit het gesmolten metaal diffundeert, anderzijds neemt het argongas waterstof binnen de bellen op.

5 Voor een goede ontgassing verdient het aanbeveling om de middelen voor de injectie van het spoelgas zich ter plaatse van de aansluiting van de toevoerleiding op de verdeelbak te laten bevinden. Hierdoor wordt de verblijfstijd van de bellen argongas zo groot mogelijk. Volgens de uitvinding zijn lage waterstofconcentraties tot circa 2 ppm realiseerbaar indien in het buffervat een absolute gasdruk heerst van 10 minder dan 15 mbar en indien argon wordt geïnjecteerd in een hoeveelheid van meer dan 25 NI gegoten staal.

In het bijzonder zijn goede resultaten verkrijgbaar indien de absolute gasdruk in het buffervat < 10 mbar en dat meer dan 33 NI argon wordt geïnjecteerd per ton gegoten staal.

15 Tenslotte kan de verblijfstijd van de argongasbellen in het gesmolten staal nog worden verlengd, waardoor nog een betere verwijdering van waterstof uit het staal mogelijk is, indien de geïnjecteerde argon een stroming van het staal langs het badoppervlak tot stand brengt. Dit is bijvoorbeeld daardoor te verkrijgen dat de gasbellen in het buffervat nabij een wand opstijgen, welke verwijderd is van de 20 plaats waar de dompelpijp op de bodem van het buffervat aansluit.

De uitvinding zal vervolgens worden toegelicht aan de hand van een figuur.

In deze figuur is schetsmatig een deel van een inrichting voor het continu gieten van staal afgebeeld. Ten behoeve van het goede begrip van de uitvinding zijn diverse onderdelen niet op werkelijke schaal getoond.

25 Met verwijzingscijfer 1 is, op vergrote schaal, de binnenwand van een gietvorm voor het gieten van stalen knuppels afgebeeld. Een dompelpijp 2 voor de toevoer van gesmolten staal reikt tot beneden het niveau 3 van het staal in de gietvorm.

De gietvorm wordt intensief gekoeld (niet afgebeeld), waardoor zich een gestolde huid 4 vormt die naar beneden toe dikker wordt. Deze gestolde huid 4 moet 30 bij het verlaten van de gietvorm voldoende sterkte hebben opdat hij verder met mechanische middelen kan worden weggetrokken, zonder dat hij bezwijkt. De middelen voor het wegtrekken van de zich zo vormende knuppel zijn niet afgebeeld, 1007646 -4- doch zijn in de vorm van een traditionele rollenbaan zoals die ook bijvoorbeeld is afgebeeld in het Duitse Offenlegungsschrift 2017469. Teneinde met hogere snelheid te kunnen gieten dient de stroming van het gesmolten staal beheerst te geschieden zonder dat een te hoge gietimpuls op de nog weke gestolde huid wordt overgedragen, 5 daar dit tot een doorbraak van deze gestolde huid zou kunnen leiden. Bij voorkeur wordt daarom de dompelpijp aangesloten op een buffervat 5 hetwelk met behulp van een deksel 6 is afgesloten en waarbij via de afzuigopening 7 vacuüm kan worden gezogen boven het in het buffervat 5 aanwezige gesmolten staal.

Enerzijds maakt de aanwezigheid van een buffervat de stroom van het gesmolten 10 staal naar en door de dompelpijp 2 regelmatiger, terwijl verder als gevolg van de verminderde gasdruk boven het gesmolten staal de ferrostatische druk in de dompelpijp wordt verminderd.

Gesmolten staal wordt naar het buffervat 5 geleid door de toevoerleiding 8, die zelf weer aansluit op een verdeelbak 9. Deze verdeelbak 9 kan er voor zorgen dat een 15 constante stroom staal naar het buffervat 5 kan vloeien, ook indien het gesmolten staal via staalpannen 10 chargegewijs wordt toegeleverd vanuit de staalfabriek. Staalpan 10 wordt zelf weer via een gietpijp 11 geleegd in verdeelbak 9. Met behulp van een stopstang 12 kan de stroom staal vanuit de verdeelbak 9 worden gereguleerd ter compensatie van verschillen in het niveau 13 van het staal in de verdeelbak. 20 Tevens kan met behulp van de stopstang 12, indien gewenst, de stroom vanuit de verdeelbak geheel worden afgesloten. Gestreefd moet ernaar worden dat het niveau 14 in het buffervat 5 zoveel mogelijk stationair blijft, zodat de gietomstandigheden uniform blijven. Ter plaatse 15 wordt argongas geïnjecteerd, hetgeen bellen 16 vormt, die door de stroom gesmolten staal door de toevoerleiding 8 worden 25 meegesleurd naar het buffervat 5. In het buffervat 5 vormen deze bellen een bellenscherm 17 dat in pijlrichting 18 omhoog stijgt naar het badoppervlak. De bellenstroom 17 veroorzaakt daarbij een stroming van het staal langs het badoppervlak volgens pijlrichting 19.

Door de aanwezigheid van de verhoging 20 wordt de bellenstroom extra in 30 opwaartse richting omgeleid. Tevens wordt hiermee voorkomen dat gasbellen door de stroom vloeibaar staal worden meegesleurd tot in de gietvorm. Een eenvoudige verhoging van circa 10 cm hoogte uit vuurvast materiaal is hiertoe al voldoende.

1007646 -5-

De bellen 16 groeien tijdens het transport door toevoerleiding 8 en via het bellenscherm 17 aan, eerst door opname van waterstof, en vervolgens door de vermindering van de ferrostatische druk op deze stijgende bellen. Daardoor wordt het beloppervlak zodanig vergroot dat een zeer intensieve opname van waterstof in de 5 argonbellen kan plaatsvinden. Aan het badoppervlak wordt vervolgens de ontsnappende waterstof afgezogen via afzuigopening 7.

In een praktijksituatie werd staal vergoten in een hoeveelheid van 0,3 t/min. De temperatuur van het vergoten staal was 1500 °C. In de staalpan 10 werd een waterstofconcentratie geconstateerd van 6 ppm. Met een oppervlak van het staalbad 10 in de verdeelbak van circa 1 m2 werd een absolute druk boven het staalniveau 14 aangehouden van 10 mbar. Gebruik werd gemaakt van een holle stopstang 12, waardoor argongas bij de afdichting van de stopstang werd geïnjecteerd in de toevoerleiding 8 in een hoeveelheid van 10 Nl/min. Het bleek dat de gevormde argonbellen in het bellenscherm 17 aangroeiden tot een diameter van circa 10 mm.

15 Bij meting werd gevonden dat het gehalte waterstof van het vergoten staal was gereduceerd van 6 ppm tot tussen 1 en 2 ppm.

Zonder injectie van argon, onder overigens gelijke omstandigheden, werd gemeten dat het vergoten staal een gehalte van waterstof bevatte van tussen 4 en 5 ppm.

20 Opgemerkt wordt dat met de nieuwe werkwijze het ook mogelijk is andere, op zich gasvormige, componenten uit het te vergieten staal te verwijderen.

1007646

Claims (3)

1. Werkwijze voor het continu gieten van gesmolten staal tot knuppels of blooms van hoge kwaliteit met gebruikmaking van een inrichting van het type 5 omvattende een buffervat (5), een dompelpijp (2), een gietvorm (1), en een toevoerleiding (8) voor het gesmolten metaal naar het buffervat (5), waarbij de dompelpijp (2) aansluit op de bodem van het buffervat (5) en tijdens bedrijf tot in de gietvorm (1) reikt, het buffervat (5) gasdicht afsluitbaar is uitgevoerd en in-of nabij zijn bovenwand (6) is voorzien van een afzuigopening (7) en waarbij de 10 toevoerleiding (8) nabij de bodem van het buffervat (5) daarin uitmondt, en waarbij de toevoerleiding (8) met zijn andere uiteinde aansluit op de bodem van een verdeelbak (9), welke bodem hoger is gelegen dan die van het buffervat (5) en dat middelen (15) aanwezig zijn voor het injecteren van een spoelgas in het gesmolten staal ter plaatse van de toevoerleiding (8), met het kenmerk, dat als 15 spoelgas argon wordt geïnjecteerd in de stroom vloeibaar staal en dat via de afzuigopening (7) uit het buffervat gas wordt afgezogen totdat boven in dat buffervat een absolute gasdruk heerst van <15 mbar en dat argon wordt geïnjecteerd in een hoeveelheid van > 25 NI per ton gegoten staal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de absolute gasdruk boven in het buffervat (5) < 10 mbar is en dat meer dan 33 NI argon wordt geïnjecteerd per ton gegoten staal.

3. Werkwijze volgens één der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de 25 geïnjecteerde argon een stroming van het staal langs het badoppervlak tot stand brengt. 1007646