WO1997043065A1 - Stranggiessanlage für knüppel - Google Patents

Stranggiessanlage für knüppel Download PDF

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WO1997043065A1
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Fritz-Peter Pleschiutschnigg
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Mannesmann Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1206—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for plastic shaping of strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/108—Feeding additives, powders, or the like

Definitions

  • the invention relates to a continuous casting plant for billets, in particular made of steel, with a melt supply vessel from which the melt is fed to a stationary mold, and the mold downstream of the mold, which rolls the strand until it is solidified by supporting means deforming the strand reducing its cross-sectional area in such a way that the strand is deformed into a polyginal cross-sectional shape with a minimum of four corners while essentially maintaining its circumferential length.
  • Billet systems are usually poured into the mold via a nozzle in the distributor with a free-flowing pouring jet. Oil is used to lubricate the strand
  • a continuous casting mold of conventional design that is, a nozzle with a free-falling pouring jet and oil as a lubricant.
  • a device for casting with pouring tubes on a continuous casting plant for steel is known, at least one outlet opening of a pouring tube opening below a bath level covered with slag, the pouring tube being surrounded by a refractory ring for protection against erosion.
  • Continuous casting plants for the production of billets and blocks from continuously cast steel products are also known, with dimensions whose cross-sectional areas of the mold inlets are of a size in which normal immersion spouts can be used.
  • the invention has set itself the goal of using simple constructive means
  • the inlet cross section of the mold it is proposed to design the inlet cross section of the mold to be round, oval to polygonal and to carry out the essential deformation of the billet only by the rollers arranged downstream of the mold in the casting direction.
  • Round molds are used, an increase in cross-section and diameter of 127% is achieved.
  • a dip tube is inserted into this mold inlet, which has the size range for a given cross-sectional area, and protrudes into the melt in such a way that its outer contour is arranged equidistant from the inner surface of the mold.
  • pouring with a submerged nozzle and pouring powder in billet systems leads to a uniform and greatly reduced heat transfer. This gentle cooling leads to the formation of a strand shell, with the following advantages:
  • the hotter strand shell nestles particularly well against the mold inner wall.
  • the strand shell itself can absorb better expansions without tearing.
  • the shrinkage and thus the strand shell load is significantly lower.
  • the mold's skin temperature is low and the mold's service life is longer. If, for example, a round mold with a diameter of 102 mm is used, this cross-sectional area has the same circumference as the square format of a billet with a square of 80 mm.
  • the relatively large diameter of 102 mm makes it possible to use a dip tube with a uniform distance from the mold wall of 20 mm over the entire circumference of 360 degrees in the mold level.
  • a dip tube can have a wall thickness of 20 mm with the inside diameter required for the casting performance. Due to this high wall thickness, a casting time of 8 to 10 hours can be achieved with sufficient slag formation in the mold level, which is responsible for the formation of the slag film and thus the reduced and uniform heat flow in the mold.
  • the round format allows casting with a high level of reliability, even at high casting speeds of up to 12 m / min, with the following consequences:
  • the inconsistency of the casting speed which is otherwise caused by the change in the distributor nozzle during casting, e.g. by clogging or erosion of the nozzle opening with the consequences of the undesired reduction or increase in the casting speed.
  • Continuous casting machine cast billets less to internal cracks, but also not to surface cracks, preferably longitudinal cracks and to depression as well as strand shell distortions, e.g. B. Spike edge.
  • aluminum-calmed steel can also be cast.
  • Figure 1 A mold with a one-piece immersion nozzle
  • Figure 2 A mold with a two-part immersion nozzle and one
  • FIG. 1 shows a perforated brick from the melt supply vessel 10, into which a
  • a one-piece dip tube 31 is introduced.
  • the mouth of the dip tube 31 dips into a mold 41 filled with melt M.
  • the mold 41 has cooling channels 43.
  • Deformation elements 71 are provided below the mold, here in the form of pressure rollers (71 to 74), the fourth pressure roller not being shown in the present case. With these at least four deformation elements (the pressure rollers
  • the strand becomes a shape with a larger specific surface
  • FIG. 2 shows a melt supply vessel 10 with a perforated brick, in which a
  • Inlet pipe 12 is provided, which penetrates a sheet metal jacket 13.
  • an upper holding plate 14 can be attached in a form-fitting manner, which can be connected to a lower holding plate 15 via holding screws.
  • the lower holding plate 15 encompasses a collar 32 of a two-part dip tube 35.
  • the immersion tube 35 projects into a mold 41 filled with metal M.
  • the inlet of the inlet pipe 12 can be closed by a plug closure 21. / DE97 / 00818
  • a powder container 57 which is filled with powder P, which can be fed through a lock 58 onto the surface of the liquid metal M located in the mold 41.
  • the powder is fed to a trough 53 which has a ring gear which meshes with a gear 55 which is driven by a motor 56.
  • the groove 53 encompassing the immersion tube 30 has a trunk 52 arranged in the bottom of the groove 53, which protrudes up to closely above the powder P floating on the metal M.
  • the rotary movement of the motor 56 which influences the angular position of the nozzle 52 within the mold and the amount of powder P, which is caused by the lock drive 59, is triggered by a measuring and regulating device 63 which communicates with the drives via control lines 64, 65 56, 59 are connected.
  • Control device 63 is connected via a measuring line 62 to a thermocouple 61 arranged on the mold 41.
  • the strand shell E is formed between the strand shell E and the mold inner wall

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stranggießanlage für Knüppel, insbesondere aus Stahl, mit einem Schmelzenzufuhrgefäß, vom dem die Schmelze einer stationär angeordneten Kokille zugeführt wird, sowie der Kokille in Gießrichtung nachgeordneten Rollen, die den Strang bis zu seiner Durcherstarrung durch auf den Strang verformend einwirkende Stützmittel in seiner Querschnittsfläche derart reduzieren, daß unter im wesentlichen Beibehaltung seiner Umfangslänge der Strang zu einer polygonalen Querschnittsform mit minimal vier Ecken verformt wird. Erfindungsgemäß weist die Querschnittsfläche mindestens im Eintrittsbereich der Kokille (41) eine polygonale, ovale bis kreisrunde Kontur auf, wobei der Umfang dieser Querschnittsfläche kleiner 640 mm ist, entsprechend einem Quadratformat eines Knüppels mit einer Kantenlänge a≤160 mm, und in die Kokille (41) ragt ein mit dem Schmelzenzufuhrgefäß (10) verbundenes Tauchrohr (31 oder 35) hinein, dessen Außenkanten (34) äquidistant zur Innenfläche der Kokille (41) ausgestaltet sind.

Description

Stranqqießantaqe für Knüppel
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Stranggießanlage für Knüppel, insbesondere aus Stahl, mit einem Schmelzenzufuhrgefäß, von dem die Schmelze einer stationär angeordneten Kokille zugeführt wird, sowie der Kokille in Gießrichtung nachgeordneten Rollen, die den Strang bis zu seiner Durcherstarrung durch auf den Strang verformend einwirkende Stützmittel in seine Querschnittsfläche derart reduzierend, daß unter im wesentlichen Beibehaltung seiner Umfangslänge der Strang zu einer polyginalen Querschnittsform mit minimal vier Ecken verformt wird.
Knüppelanlagen werden üblicherweise über eine Düse im Verteiler mit freifallendem Gießstrahl in die Kokille gegossen. Zur Schmierung des Stranges findet hier öl
Verwendung.
Aus EP 0 545 510 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Walzvormaterial bekannt, bei dem flüssiger Stahl in eine wassergekühlte Stranggießkokille gegossen wird und der Stahl zum Teil unter Bildung einer ringförmigen Strangschale mit einer runden oder ovalen Form der Querschnittsfläche des Stranges erstarrt, wobei der so in der Kokille erzeugte Strang unterhalb der Kokille durch Stützmittel in seiner Querschnittsfläche reduziert wird.
Dieser Schrift ist zu entnehmen, daß eine Stranggießkokille herkömmlicher Bauart eingesetzt wird, also eine Düse mit freifallendem Gießstrahl und öl als Schmiermittel. Aus DE-OS 2042897 ist eine Vorrichtung zum Gießen mit Gießrohren auf einer Stranggießanlage für Stahl bekannt, wobei mindestens eine Austrittsöffnung eines Gießrohres unterhalb eines mit Schlacke abgedeckten Badspiegels ausmündet, wobei das Gießrohr zum Schutz gegen Erosion von einem feuerfesten Ring umgeben ist.
Die Abmessungen der angegebenen Beispiele, insbesondere die Anordnung der Austrittsöffnung des Tauchrohres sind ein Hinweis darauf, daß es sich um eine Kokille für eine Brammenstranggießanlage für Stahl handelt.
Weiterhin sind Stranggießanlagen zum Herstellen von Knüppel und Blöcken aus stranggegossenen Stahlerzeugnissen bekannt, mit Abmessungen, deren Querschnittsflächen der Kokilleneintritte eine Größe aufweisen, bei denen normale Tauchausgüsse einsetzbar sind.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine
Stranggießanlage für Knüppel mit bisher freifallendem Gießstrahl zu schaffen, bei der die Reoxidation des Gießstrahles zwischen Verteiler und Gießspiegel gemindert, die Oberfläche der Knüppel verbessert und die thermischen Verhältnisse sowohl der Strangschale wie der Kokillenhaut verbessert wird.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Eintrittsquerschnitt der Kokille rund, oval bis polygonal auszugestalten und die wesentliche Verformung des Knüppels erst durch die der Kokille in Gießrichtung nachgeordneten Rollen durchzuführen. Betroffen sind hier Knüppelanlagen mit einem Quadratformat kleiner 160 mm, vorzugsweise unter 100 mm.
Werden bei diesen im wesentlichen quadratischen Formaten beispielsweise
Rundkokillen eingesetzt, so wird eine Querschnitts- und Durchmesservergrößerung von 127 % erreicht. In diese bei vorgegebener Querschnittsfläche den Größenumfang aufweisenden Kokilleneintritt wird ein Tauchrohr eingesetzt, das in die Schmelze hineinragt in der Weise, daß dessen Außenkontur äquidistant zur Innenfläche der Kokille angeordnet ist. Auf diese in dem Freiraum zwischen Kokilleninnenwand und Tauchrohraußenmantel befindliche Ringfläche der Schmelze wird Gießpuiver aufgebracht.
Das Gießen mit einem Tauchausguß und Gießpulver bei Knüppelanlagen führt neben der Verminderung der Reoxidation des Gießstrahls zwischen Verteiler und Gießspiegel durch den Gießschlackefilm zwischen Strangschale und Kokillenwand zu einem Vergleichmäßigen und stark reduzierten Wärmeübergang. Diese sanfte Kühlung führt zu einer Strangschalenbildung, mit folgenden Vorteilen:
- Die Strangschale nimmt weniger Spannungen auf, die durch starke
Temperaturgradienten hervorgerufen werden. Die heißere Strangschale schmiegt sich besonders gut an die Kokilleninnenwandung an. Die Strangschale selber kann bessere Dehnungen aufnehmen ohne zu reißen.
Der Schrumpf und damit die Strangschalenbelastung ist wesentlich geringer.
Desweiteren stellt sich eine geringe Hauttemperatur der Kokille und damit eine längere Lebensdauer der Kokille ein. Wird beispielsweise eine Rundkokille mit einem Durchmesser von 102 mm eingesetzt, so besitzt diese Querschnittsfläche den gleichen Umfang wie das Quadratformat eines Knüppels von Quadrat 80 mm.
Durch den relativ großen Durchmesser von 102 mm wird es möglich, ein Tauchrohr mit gleichförmigen Abstand zur Kokillenwand von 20 mm über den gesamten Umfang von 360 Grad im Gießspiegel einzusetzen. Ein solches Tauchrohr kann zum Erreichen gewünschter Standzeiten eine Wandstärke mit für die Gießleistung erforderlichem Innendurchmesser von 20 mm aufweisen. Durch diese hohe Wandstärke ist eine Gießzeit von 8 bis 10 Std. zu erreichen bei gleichzeitig ausreichender Gießschlackenbildung im Gießspiegel, die für die Ausbildung des Schlackenfilms und damit den gesenkten und vergleichmäßigen Wärmestrom in der Kokille verantwortlich ist.
Bei einer möglichen konstanten Gießgeschwindigkeit von z. B. 3 m/min. ist eine Gießschlackenversorgung sichergestellt. Diese steigt sogar mit größer werdender Strangdicke und gleicher Gießgeschwindigkeit an, bedingt durch den größer werdenden Abstand zwischen Tauchrohr und Kokillenwand.
Die Gießwalztechnik eines Rundformates in der Kokille auf ein äquivalentes Quadratformat unterhalb der Kokille führt zu einer Querschnittsverkleinerung von ca. 21 % und damit gleichzeitig zu einer Veränderung der Stranginnenqualität hinsichtlich der:
Verminderung von Makroseigerung - Verringerung der Kristall- und damit der Korngröße Förderung der globularen Erstarrung bis in den Kern Verminderung bis Verhinderung der Kernporösität
Das Rundformat erlaubt, bedingt durch die feinere und gleichförmigere Führung in der Kokille ein Gießen mit hoher Sicherheit, auch bei hoher Gießgeschwindigkeit bis zu 12 m/min, mit den Folgen:
Verringerung der Durchbruchsrate Bei gleichzeitiger Steigerung der Gießgeschwindigkeit Durch den Einsatz eines Tauchrohres wird der Einsatz einer
Verteilerverschlußregelung durch Stopfen oder Schieber möglich. Statt des bei Knüppelanlagen üblichen abzugsgeregelten Stranggießens wird hierdurch die Nichtkonstanz der Gießgeschwindigkeit, die sonst bedingt wird durch die Veränderung der Verteilerdüse während des Gießens, z.B. durch Verstopfung oder Erosion der Düsenöffnung mit den Folgen der nicht gewollten Verringerung bzw. Erhöhung der Gießgeschwindigkeit, vermieden.
Durch den Einsatz der Verteilerverschlußregelung und den Einsatz von Gießpulver wird die Gießleistung, die Gießzeit, die Innenqualität und vor allem die Oberflächenqualität positiv beeinflußt. So neigen die nach der vorgeschlagenen
Stranggießanlage gegossenen Knüppel weniger zu Innenrissen, aber auch nicht zu Oberflächenrissen, vorzugsweise Längsrissen und zu Depressionen wie auch zu Strangschalenverwerfungen, z. B. Spießkant. Neben den aufgeführten Vorteilen kann, bedingt durch die Verminderung der Reoxidatin des Gießstrahies begründet durch den Einsatz des Tauchrohres und des Gießpulvers auch aluminiumberuhigter Stahl gegossen werden.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die
Figur 1 Eine Kokille mit einem einteiligen Tauchausguß Figur 2 Eine Kokille mit einem zweiteiligen Tauchausguß und einer
Pulverzufuhreinrichtung
Die Figur 1 zeigt vom Schmelzenzufuhrgefäß 10 einen Lochstein, in den durch einen
Biechmantel 13 ein einteiliges Tauchrohr 31 eingebracht ist. Die Mündung des Tauchrohres 31 taucht in eine mit Schmelze M gefüllte Kokille 41. Zwischen dem
Tauchrohraußenmantel 33 und dem Kokillenmantel 42 ist die Schmelzenoberfläche ringförmig ausgebildet.
Die Kokille 41 besitzt Kühlkanäle 43.
Unterhalb der Kokille sind Verformungselemente 71 vorgesehen, hier in Form von Andrückrollen (71 bis 74), wobei im vorliegenden Fall die vierte Andrückrolle nicht dargestellt ist. Mit diesen mindestens vier Verformungselementen (den Andrückrollen
71 bis 74) wird der Strang auf eine Form mit größerer spezifischer Oberfläche zum
Querschnitt umgeformt.
Die Figur 2 zeigt ein Schmelzenzufuhrgefäß 10 mit einem Lochstein, in dem ein
Einlaufrohr 12 vorgesehen ist, welches ein Blechmantel 13 durchdringt. An der Mündung des Einlaufrohres 12 ist eine obere Halteplatte 14 formschlüssig anbringbar, die über Halteschrauben mit einer unteren Halteplatte 15 verbindbar ist.
Die untere Halteplatte 15 umgreift einen Kragen 32 eines zweiteiligen Tauchrohres 35.
Das Tauchrohr 35 ragt in eine mit Metall M gefüllten Kokille 41.
In der vorliegenden Figur 2 ist der Eintritt des Einlaufrohres 12 durch einen Stopfenverschluß 21 verschließbar. /DE97/00818
Oberhalb der Kokille 41 ist ein Pulverbehälter 57 vorgesehen, der mit Pulver P gefüllt ist, welches durch eine Schleuse 58 auf die Oberfläche des sich in der Kokille 41 befindenden Flüssigmetalls M zuführbar ist.
Im vorliegenden Fall wird das Pulver einer Rinne 53 zugeführt, die ein Zahnkranz aufweist, der mit einem Zahnrad 55 kämmt, welches über einen Motor 56 angetrieben wird. Die das Tauchrohr 30 umgreifende Rinne 53 besitzt einen im Boden der Rinne 53 angeordneten Rüssel 52, der bis dicht über das auf dem Metall M schwimmende Pulver P ragt.
Die Drehbewegung des Motors 56, die Einfluß auf die Winkelstellung des Rüssels 52 innerhalb der Kokille nimmt und die Pulvermenge P, die von dem Schleusenantrieb 59 bewirkt wird, wird von einer Meß- und Regeleinrichtung 63 ausgelöst, die über Steuerleitungen 64, 65 mit den Antrieben 56, 59 verbunden sind. Die Meß- und
Regeleinrichtung 63 ist meßtechnisch über eine Meßleitung 62 mit einem an der Kokille 41 angeordneten Thermoelement 61 verbunden.
Durch den Kontakt der flüssigen Schmelze M mit der Innenwand 42 der Kokille bildet sich die Strangschale E. Zwischen der Strangschale E und der Kokilleninnenwandung
42 befindet sich die zur Schmierung vorgesehene Schlacke S.
Positionsliste
Schmelzenzufuhrgefäß
11 Lochstein
12 Einlaufrohr
13 Blechmantel
14 Obere Halteplatte
15 Untere Halteplatte
16 Halteschrauben
Verschlußelement
21 Stopfenverschluß
Schmelzenzufuhrelement
31 einteiliges Tauchrohr 32 Kragen
33 Tauchrohr Außenmantel
34 Außenkante
35 zweiteiliges Tauchrohr
Kokilleneinrichtung
41 Kokille
42 Kokilieninnenmantel
43 Kühlkanäle Pulverzufuhreinrichtung
51 Zufuhrrohr
52 Rüssel
53 Rinne
54 Zahnkranz
55 Zahnrad
56 Motor
57 Pulverbehälter
58 Schleuse
59 Schleusenantrieb
61 Thermoelement
62 Meßleitung
63 Meß- und Regeleinrichtung
64 Steuerleitung 59
65 Steuerteitung 56
Verformungseinrichtung
71 bis 74 Verformungselemente / Andrückrollen
a Kantenlänge des quadratischen Knüppels b Distanz
E Schale
S Schlacke
M Schmelze
P Pulver

Claims

Patentansprüche
1. Stranggießanlage für Knüppel, insbesondere aus Stahl, mit einem
Schmelzenzufuhrgefäß, von dem die Schmelze einer stationär angeordneten Kokille zugeführt wird, sowie der Kokille in Gießrichtung nachgeordneten Rollen, die den Strang bis zu seiner Durcherstarrung durch auf den Strang verformend einwirkende Stützmittel in seiner Querschnittsfläche derart reduzieren, daß unter im wesentlichen Beibehaltung seiner Umfangslänge der Strang zu einer polygonalen Querschnittsform mit minimal vier Ecken verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche mindestens im Eintrittsbereich der Kokille (41) eine polygonale, ovale bis kreisrunde Kontur aufweist, wobei der Umfang dieser Querschnittsfläche kleiner 640 mm ist, entsprechend einem Quadratformat eines Knüppels mit einer Kantenlänge a < 160 mm, und daß in die Kokille (41) ein mit dem Schmelzenzufuhrgefäß (10) verbundenes Tauchrohr (31 oder 35) hineinragt, dessen Außenkanten (34) äquidistant zur Innenfläche der Kokille (41) ausgestaltet ist.
2. Stranggießanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Zufuhrelemente (51, 52) vorgesehen sind, mit denen Gießpulver (B) auf die zwischen Kokilleninnen- (42) und Tauchrohraußenmantel (33) des Tauchrohres (31 oder 35) befindliche Ringfläche der Schmelze (M) aufbringbar ist.
3. Stranggießaniage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Tauchrohres (31 oder 35) sowie die Innenfläche der Kokille (41) eine Größe besitzen, mit der Gießgeschwindigkeiten von bis zu 12 m/min erreicht werden..
- 10 - 4. Stranggießanlage nach einem der vorbenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Tauchrohres (33 oder 35) so gewählt wird, daß die Distanz Kokilleninnen- (42) zu Tauchrohraußenmantel (33) b = 0,25 - 0,
4 x a beträgt mit a = Kantenlänge des durcherstarrten Knüppels.
5. Stranggießanlage nach einem der vorbenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (31 oder 35) durch ein Verschlußelement (21) verschließbar ist, beispielsweise ein Stopfen oder ein Schieber.
6. Stranggießanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zufuhrelemente mindestens ein Rüssel (52) vorgesehen ist, der im Kreis bewegbar zu einer beliebigen Stelle oberhalb der Ringfläche der in der Kokille (41) befindlichen Schmelze (M) führbar ist.
7. Stranggießanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des Rüssels (52) ein Motor (56) vorgesehen ist, der mit Thermoelementen (61) zum Erfassen der Oberflächentemperatur der Strangschale (E) in Verbindung steht.
8. Stranggießaniage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Gießrichtung nach der Kokille mindestens vier Verformungselemente, beispielsweise Andrückrollen (71) vorgesehen sind, die in der Weise zueinander angeordnet sind, daß der Strang auf eine Form mit größerer spezifischer Oberfläche zum Querschnitt umgeformt wird.
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