DE102014119109B4

DE102014119109B4 - Verteiler für Stranggießanlagen

Info

Publication number: DE102014119109B4
Application number: DE102014119109.9A
Authority: DE
Inventors: Viorel-Sergiu Ilie; Markus Brummayer; Jakob Six; Raimund Wincor; Josef Stallberger; Rainer Fuchs; Thomas Wittner
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: WO2016096596A1; JP2018500176A; DE102014119109A1; EP3233329A1; US10632527B2; JP6465979B2; US20180001376A1; KR102001547B1; KR20170116015A

Abstract

Verteiler, insbesondere Verteiler im Stahlstrangguss zur Anordnung zwischen einer Stahlgießpfanne und einer Stranggusskokille mit einem Einlaufbereich (7) und einem Auslaufbereich (8), wobei im Einlaufbereich (7) flüssiger Stahl zuführbar ist und im Auslaufbereich (8) der flüssige Stahl aus dem Verteiler (1) abführbar ist, wobei im Bereich des Einlaufbereichs (7) im Verteiler (1) eine Schwelle (12) oder Rampe (12) ausgebildet ist, die einen Bereich des Verteilerbodens (6) als Topf (13) oder Wanne (13) ausbildet, wobei die Schwelle (12) oder Rampe (12) seitlich je einen Kanal (15) besitzt, welcher die Höhe der Schwelle (12) oder Rampe (12) lokal verringert oder die Schwelle (12) oder Rampe (12) durchbricht, wobei die Schwelle (12) oder Rampe (12) eine Höhe besitzt, die geringer als die Höhe vom Verteilerboden (6) zum Badspiegel (10) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verteiler für Stranggießanlagen nach Anspruch 1.
Der Stahlstrangguss ist ein bekanntes Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahlbrammen.
Hierzu wird üblicherweise Stahl in einem Konverter erzeugt, vom Stahlkonverter in eine Pfanne überführt und von der Pfanne über einen Verteiler zur Gießkokille weitergeleitet.
Der Verteiler hat hierbei die Aufgabe, nach dem Leerlaufen einer Pfanne und dem Zuführen der nächsten Pfanne, für einen ununterbrochenen Stahlfluss zu sorgen.
Grundsätzlich muss dafür gesorgt werden, dass im flüssigen Stahl keine Einschlüsse vorhanden sind, insbesondere keine Schlackenteilchen oder Bestandteile der jeweiligen feuerfesten Ausmauerung oder Ausspritzung der Gefäße.
Dies gelingt insbesondere durch die Anordnung von entsprechenden Einbauten in einer Verteilerrinne, welche eine bestimmte Aufwärtsströmung nach dem Einfüllen des Stahls derart erzeugt, dass der Stahl an die Oberfläche gespült wird, so dass sich Teilchen, welche leichter als der Stahl sind, in die Schlacke begeben bzw. von der Schlacke gebunden werden.
Aus der DE 33 37 739 A1 ist eine Stranggießanlage bekannt. Diese Stranggießanlage verfügt über eine Gießpfannenhalte- und -wechselvorrichtung (Pfannendrehturm), Gießpfannen und eine Verteilerrinne sowie eine Stranggießkokille und eine Strangabzugsvorrichtung. Der in Vorbereitungsstellung zum Transport in die Gießposition befindlichen mit Schmelze gefüllten Gießpfanne ist eine Verteilerrinne zum gemeinsamen Transport mit dieser zugeordnet. Bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform die Verteilerrinne in den für die Aufnahme der Gießpfanne vorgesehenen Ausleger am Pfannendrehturm unterhalb der Gießpfanne eingesetzt. Verteilerrinne und/oder Gießpfanne sind mit Mitteln zur lösbaren Verbindung miteinander versehen.
Aus der EP 0 119 853 A2 ist eine Verteilerrinne zum kontinuierlichen Stranggießen bekannt, wobei die Verteilerrinne über eine kanalisierte Induktionsbeheizungseinrichtung verfügt, die an der Seitenwand der Verteilerrinne angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen Kanal umfasst, der mit einer Öffnung in den Seitenwänden der Verteilerrinne kommuniziert.
Aus der EP 0 140 217 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wechseln von Gießpfanne und Zwischenbehälter an einer Stranggießanlage bekannt.
Aus der EP 0 726 115 A1 ist eine Gießwanne zur Aufnahme und zur Filterung von Eisenmetallschmelzen bekannt, welche im Bodenbereich eine Abführöffnung zum Abziehen der Metallschmelze nach Durchtritt durch eine Umlenk- und/oder Filtereinrichtung aufweist, wobei in der Gießwanne ein im Wesentlichen den gesamten horizontalen Querschnitt der Gießwanne überdeckendes, in an sich bekannter Weise entfernbares, keramisches Filter angeordnet ist, welches sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung erstreckt und mit Durchtrittsöffnungen versehen ist, welche in der im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufenden Durchflussrichtung der Metallschmelze durch die Gießwanne angeordnet sind, wodurch mit einer einfachen Konstruktion eine Reinigung bzw. Filterung von Metallschmelzen auch für hohe Gießgeschwindigkeiten erzielbar sein soll.
Aus der EP 0 804 306 B1 ist eine Vorrichtung zum Regeln der Strömung schmelzflüssigen Metalls in einer Verteilerrinne zur Verbesserung der Abscheidung von Einschlüssen aus dem Metallbad bekannt. Hierzu ist ein Strömungssteuerungsdamm stromabwärts von einem Stoßpuffer positioniert, der einen oberen Bereich hat, der ausgebildet ist, um eine Strömung geschmolzenen Stahls, die sich von dem Stoßpuffer löst, aufzunehmen und in wenigstens einen Nebenstrom, der in einer Stromabwärtsrichtung zu der Schlackendecke strömt, und in wenigstens einen Nebenstrom, der in einer Stromaufwärtsrichtung zu der Schlackendecke strömt, umzulenken. Letztlich handelt es sich um einen eingebauten Damm, der eine Kurzschlussströmung verhindern soll.
Aus der US 6 074 600 A ist eine Modifikation eines Verteilerrinnendamms zur Minimierung von Turbulenzen bekannt. Insbesondere soll hiermit die Bildung von Gasblasen und Schlackeneinschlüssen verringert werden. Dies insbesondere bei der ersten Auffüllung der Verteilerrinne. Hierzu ist einerseits eine Art eines Wehres zwischen dem Stahleinlauf der Verteilerrinne und dem Stahlauslauf der Verteilerrinne angeordnet, wobei das Wehr von der Badoberfläche zum Boden reicht, jedoch vom Boden beabstandet ist. Zudem ist zwischen dem Wehr und dem Stahlauslass eine Rampe angeordnet, während eine zweite Rampe vor dem Wehr angeordnet ist.
Nach der DE 10 2009 009 740 A1 sind zur Vermeidung von Strudeln in Stahlschmelzen enthaltenden Gefäßen im Bereich der Bodenausläufe Vortexsteine angeordnet, und zwar so, dass deren Messerkanten in den Strudel hineinreichen. Die Vortexsteine bestehen aus einem kreissegmentartigen flachen Fixierteil und dem Bremsteil mit der Messerkante, wobei dieses einteilige Bauteil praktisch auf den Bodenauslauf aufgesetzt oder besser auf einen Lochstein aufgesetzt und mit diesem verbunden werden kann, weil der Innendurchmesser mit dem des Bodenauslaufs korrespondiert.
Aus der DE 22 16 797 A sind Durchläufe zum Abgießen einer Form bekannt, bei denen flüssiges Metall in einen Durchlauf eingegossen wird, indem das flüssige Metall eine Wandung umfließen muss, bevor es zu einem Auslauf gelangt bzw. dieser Durchlauf als Topf ausgebildet ist, bevor das Metall in die eigentliche Gießform gelangt.
Aus der JP H10- 216 909 A ist ein Tundish zum Stranggießen von Stahl bekannt, in welchem Sperrwandungen mit bodenseitigen Öffnungen und nachfolgenden bodenseitigen Wandungen vorhanden sind, um den Stahl zu beruhigen.
Aus der EP 0 235 340 A1 ist ein Anodensystem für eine Plasmaerhitzung, die in einem Tundish nutzbar ist, bekannt.
Aus der AT 405 914 B ist ein Tundish zum Stranggießen von Stahl bekannt, bei dem einlaufseitig im Boden ein vertiefter Topf mit einer nachfolgenden Wandung ausgebildet ist.
Zudem ist es bekannt, Verteilerrinnen mit einer Bodenabsenkung vom Stahleinlauf zum Stahlauslauf zu versehen, wobei auf diesen geneigten Boden, teilweise auch gestuft geneigten Boden, ein Wall oder eine Erhöhung derart aufgesetzt ist, dass der Stahleinlaufbereich eine Art Topf bildet, aus dem nach dem Befüllen des Topfes der Wall überströmt wird und dann die gesamte Verteilerrinne aufgefüllt wird. Dieser Wall hat die Aufgabe ebenfalls für eine turbulente Strömung zu sorgen und die Verweilzeit des Stahls im Tundish etwas zu verlängern und insbesondere eine Kontaktierung der Schlackeschicht zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verteilerinnengeometrie zu schaffen, die bei einer gleichbleibenden oder verbesserten Partikelabscheidung effektiver und wirtschaftlicher ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Derzeit wird die Verteilergeometrie derartig ausgeformt, dass im Einlassbereich des Verteilers, d. h. im Bereich des Schattenrohres, in dem der flüssige Stahl in die Verteilerrinne gelangt, die Geometrie des Verteilerbodens als seitlich (Seitenwandungen, Stirnwandung) und am Boden geschlossener Topf ausgebildet ist. Dieser Topf hat insbesondere die Maße von 1 m Breite, 1 m Tiefe und 20 cm Höhe. Dieser Topf ist nach oben hin offen und wird auch von oben über das Schattenrohr aus der Pfanne mit Flüssigstahl befüllt. Ist dieser Topf aufgefüllt, wird die Wandung oder der Einbau oder die Rampe bzw. der Wall, der den Topf zum übrigen Verteiler abgrenzt, überströmt und der gesamte Verteiler aufgefüllt.
Diese topf- bzw. wannenähnlich ausgeformte Bodengeometrie im Bereich des Einlaufs, welche auch nachfolgend weiter kurz als Topf bezeichnet wird, hat primär die Aufgabe, die über Pfanne und Schattenrohr induzierte Flüssigstahlströmung im Verteilereinlassbereich in Richtung Badspiegeloberfläche des Verteilers umzulenken.
Die Vorteile der bekannten Geometrie sind, dass eine Steigerung der Verweilzeit von Partikeln und somit der Partikelabscheidewahrscheinlichkeit in der Flüssigstahlströmung im Verteiler erzielt wird.
Zudem werden Kurzschlussströmungen in Richtung Verteilerauslass, d. h. über das Gießrohr in die Kokille, vermieden.
Erfindungsgemäß wurde jedoch herausgefunden, dass beim Leeren des Verteilers eine erhebliche Reststahlmenge in diesem Topf verbleibt, die nach dem Abkühlen des Verteilers als Schrott deklariert wird. Dies ist unwirtschaftlich. Dementsprechend soll die Erfindung die Reststahlmenge im Verteiler reduzieren, die Ausbringung erhöhen und das Partikelabscheideverhalten des Verteilers zumindest im bestehenden Umfang erhalten. Zudem sollen Kurzschlussströmungen vermieden werden, bei denen der Flüssigstahl aus der Pfanne über das Schattenrohr direkt, d. h. auf kürzestem Weg, in Bodennähe des Verteilers in Richtung Verteilerauslass strömt und über das Gießrohr in die Kokille gelangt. Partikel in dieser Kurzschlussströmung können im Verteiler nicht an der Badspiegeloberfläche des Verteilers abgeschieden werden und gelangen auf diesem Weg mit der Stahlschmelze direkt in die Kokille, was unbedingt vermieden werden muss.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass es unter bestimmten Bedingungen möglich ist, die Topfgeometrie im Bodenbereich des Verteilereinlasses gezielt mit Öffnungen derart zu versehen, dass der Damm, der den Topf zum übrigen Verteilerhohlraum abgrenzt, partiell durchbrochen ist.
Diese in Richtung Verteilerauslass vorhandenen Öffnungen und insbesondere nach oben offenen Kanäle sind ausgehend von den beiden seitlichen Längsberandungen (Längswänden) des Verteilers in Richtung der Längsachse des Verteilers ausgebildet und reichen insbesondere bis zum Boden des Topfes.
Bevorzugt sind diese Ausnehmungen symmetrisch zur Längsachse des Verteilers ausgeführt.
Hierdurch werden seitliche Kanäle ausgebildet. Bezogen auf den gesamten Querschnitt des Verteilerbodens im Bereich des Walls oder des Einbaus haben die seitlichen Kanäle eine insgesamt durchströmte Querschnittsfläche, die zwischen 10 % und 30 %, bevorzugt zwischen 15 % und 25 %, der Querschnittsfläche des Topfes liegt.
Die Kanäle können von der jeweiligen Seitenwandung gering, d. h. von 0,01 % bis 25 % der Breite des Verteilerinnenraums, beabstandet sein.
Durch die seitliche Anordnung der Kanäle wird eine Kurzschlussströmung vermieden und die Partikelabscheidung im Verteiler bleibt zumindest im gleichen Ausmaß wie bei der Geometrie ohne seitliche Kanäle überraschenderweise erhalten. In Versuchen konnte sogar herausgefunden werden, dass die zusätzlichen seitlichen Kanäle zur Entleerung des Topfes im Einlassbereich bezüglich des Partikelabscheide- und Kurzschlussverhaltens tendenziell sogar eine Verbesserung bringen.
Hierbei ist insbesondere auch von Vorteil, dass bei einem normal ausgelasteten Stahlwerk eine signifikante Reststahlmenge, die sonst verschrottet würde, verwertet wird. Dadurch wird eine deutliche Erhöhung der Anzahl der verwertbaren Schmelzen ermöglicht.
Davon abgesehen werden das Ausbrechen des Verteilers und die Erneuerung des feuerfesten Verschleißfutters deutlich erleichtert.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei:

1: stark schematisiert einen Verteiler nach dem Stand der Technik in einer Ansicht von oben;
2: den Verteiler nach 1 in einer Querschnittsansicht;
3: einen erfindungsgemäßen Verteiler in einer stark schematisierten Ansicht von oben;
4: den Verteiler nach 3 in einer seitlichen geschnittenen Ansicht;
5: die Ergebnisse numerischer CFD-Berechnungen (RTD-Curves);
6: den erfindungsgemäßen Verteiler in einer stark schematisierten isometrischen teildurchsichtigen Ansicht;
7: den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kanal im Boden des Verteilers;
8: das Strömungsprofil beim Einlass von Stahl in den Verteiler nach dem Stand der Technik;
9: das Strömungsprofil beim Einleiten von Stahl in den erfindungsgemäßen Verteiler.

Ein erfindungsgemäßer Verteiler 1 ist ein langgestreckt trogähnliches Behältnis mit zwei gegenüberliegenden Stirnwandungen 2, 3 und zwei die Stirnwandungen verbindenden Seitenwandungen 4, 5 (1 und 2).
Zudem besitzt der Verteiler 1 einen Boden 6, wobei entlang einer Längsachse 9 des Verteilers 1 ein Einlaufbereich 7 und ein Auslaufbereich 8 vorgesehen sind. Der Einlaufbereich 7 ist dabei benachbart zu einer einlaufseitigen Stirnwandung 2 angeordnet, während der Auslaufbereich 8 benachbart zu einer auslaufseitigen Stirnwandung 3 ausgebildet ist, so dass grundsätzlich einlaufender Stahl der Längserstreckung des Verteilers 1 folgend das Gefäß durchströmt.
Der Boden 6 des Verteilers 1 kann sich von einem Einlaufbereich 7 zu einem Auslaufbereich 8 schräg verlaufend vertiefen, wobei schräg verlaufend hierbei meint, dass die Tiefe gegenüber einem Badspiegel 10 tiefer wird.
Am Boden 6 des Verteilers 1 ist zum Innenraum 11 des Verteilers 1 hin eine Schwelle 12 bzw. Rampe 12 derart vorgesehen, dass sie einen vertieften Topf 13 im Einlaufbereich 7 des Verteilers 1 ausbildet. Dieser Topf 13 ist insbesondere vertieft rechteckig, wannenartig ausgebildet. Die Schwelle 12 bzw. Rampe 12 bildet eine zum Innenraum 11 gerichtete, geschlossene Berandung des Topfes 13 in Richtung auf den Verteilerauslauf 8 und kann insbesondere eine leichte Neigung, ähnlich einer Schanze, aufweisen.
Der Verteilerboden 6 kann sich dabei von einer Oberkante 12a der Schwelle 12 mit einer langgezogenen Neigung 14 in Richtung zum Verteilerauslauf 8 absenken. Vorzugsweise ist der Boden 6 im Bereich des Einlaufsbereichs 7 und des Auslaufsbereichs 8 bezogen auf einen Badspiegel 10 eben.
Erfindungsgemäß (3 und 4) sind entlang der Seitenwandungen 4, 5 die Berandungen des Topfes 13 bzw. die Schwelle 12 oder Rampe 12 in Richtung zum Verteilerauslauf 8 mit kanalähnlichen Durchbrechungen 15 ausgebildet, welche von der Oberkante 12a der Schwelle 12 bzw. Rampe 12, vorzugsweise bis zu einem Niveau des Bodens 6 im Bereich des Einlaufbereichs 7 reichen.
Hierdurch ist sichergestellt, dass Reststahl aus dem Topf 13 ablaufen und in den Auslaufbereich 8 gelangen kann.
Hierzu kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Kanäle 15 mit ihrem Kanalboden 16 eine geringe Neigung nach unten zum Verteilerauslaufbereich 8 haben.
Die Kanäle 15 werden somit einerseits von ihrem Kanalboden 16, andererseits von einer Seitenwandung 4, 5 und einer Kanalwandung 17 der Schwelle 12 bzw. Rampe 12 begrenzt sein.
Hierbei können die Kanäle 15 auch etwas von den Seitenwandungen 4, 5 beabstandet sein, so dass die Schwelle 12 nicht randseitig sondern ein geringes Stück zur Längsachse 9 verschoben durchbrochen ist.
Die Kanäle 15 haben bei einer üblichen Verteilergeometrie beispielsweise eine Breite von 70 mm bis 80 mm, eine Höhe, die der Höhe der Schwelle 12 entspricht, wobei es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn die die Kanäle 15 begrenzenden Wandungen 4, 5 bzw. 17 sich vom Kanalboden 16 wegdivergierend verbreitern, beispielsweise mit einem Winkel von 2,5° bis 25°, bevorzugt 10° bis 20° (6 und 7).
Bei Strömungssimulationen (8 und 9) hat sich herausgestellt, dass im Vergleich zum Stand der Technik (8) durch die seitlichen Kanäle (9) beim kontinuierlichen Befüllen des Verteilers in beiden Fällen eine ausgeprägte Rückströmung entlang des schrägen Bodens bzw. der Schwelle 12 bzw. Rampe 12 ergibt und der oder die eingebrachten Kanäle 15 diese Rückströmung nicht behindern und auch die Verweildauer der Partikel und die Partikelströmung im Verteiler nicht negativ beeinträchtigt.
Vielmehr konnte nachgewiesen werden, dass die Verweildauer trotz oder wegen der seitlichen Kanäle überraschenderweise noch verbessert wird (5).
Die Schwelle 12 bzw. Rampe 12 kann senkrecht zur Längsachse 9 des Verteilers 1 angeordnet sein, sie kann auch rundlich oder gebogen verlaufen.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die eingebrachten Kanäle 15 überraschenderweise das Partikelabscheideverhalten nicht verschlechtert sondern eher verbessert wird, wobei zudem eine Restentleerung des Topfes ermöglicht wird, welches ein deutlich wirtschaftlicheres Arbeiten ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Verteiler
2: Stirnwandung
3: Stirnwandung
4: Seitenwandung
5: Seitenwandung
6: Boden
7: Einlaufbereich
8: Auslaufbereich
9: Längsachse
10: Badspiegel
11: Innenraum
12: Schwelle/Rampe
12a: Oberkante der Schwelle/Rampe 12
13: Topf/Wanne
14: Neigung
15: Durchbrechung/Kanal
16: Kanalboden
17: Kanalwandung

Claims

Verteiler, insbesondere Verteiler im Stahlstrangguss zur Anordnung zwischen einer Stahlgießpfanne und einer Stranggusskokille mit einem Einlaufbereich (7) und einem Auslaufbereich (8), wobei im Einlaufbereich (7) flüssiger Stahl zuführbar ist und im Auslaufbereich (8) der flüssige Stahl aus dem Verteiler (1) abführbar ist, wobei im Bereich des Einlaufbereichs (7) im Verteiler (1) eine Schwelle (12) oder Rampe (12) ausgebildet ist, die einen Bereich des Verteilerbodens (6) als Topf (13) oder Wanne (13) ausbildet, wobei die Schwelle (12) oder Rampe (12) seitlich je einen Kanal (15) besitzt, welcher die Höhe der Schwelle (12) oder Rampe (12) lokal verringert oder die Schwelle (12) oder Rampe (12) durchbricht, wobei die Schwelle (12) oder Rampe (12) eine Höhe besitzt, die geringer als die Höhe vom Verteilerboden (6) zum Badspiegel (10) ist.
Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der je eine Kanal (15) die Höhe der Schwelle (12) oder der Rampe (12) vollständig auf das Niveau des Bodens (6) im Einlaufbereich (7) herabsetzt.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (15) eine Neigung besitzt, die dem Verlauf des Bodens (6) ohne Schwelle (12) oder Rampe (12) entspricht.
Verteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalboden (16) des Kanals (15) eine Neigung von 2° bis 6° vom Einlaufbereich (7) zum Auslaufbereich (8) besitzt.
Verteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlaufbereich (7) des Verteilers (1) flüssiger Stahl über ein Schattenrohr zuführbar ist, wobei der flüssige Stahl aus dem Verteiler (1) mittels eines Verschlussstopfens und einer Auslauföffnung abführbar ist.
Verteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (15) eine Breite besitzen, die insgesamt 30 %, bevorzugt 20 %, der Breite des Verteilerinnenraums (11) nicht überschreitet.
Verteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (15) von je einer Seitenwandung (4, 5) des Verteilers (1) und einer von der Schwelle (12) bzw. Rampe (12) ausgebildeten Kanalseitenwandung (17) sowie dem Kanalboden (16) begrenzt werden.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (15) von der jeweiligen Seitenwandung (4, 5) des Verteilers (1) gering, d. h. von 0,01 % bis 25 % der Breite des Verteilerinnenraums, beabstandet sind.
Verteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kanäle (15) begrenzenden Wandungen (4, 5, 17) den Kanal (15) je von seinem Kanalboden (16) her verbreitern, insbesondere mit einem Winkel von 2,5° bis 25°, bevorzugt 10° bis 20°.