DE1458031B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Metall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von MetallInfo
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Description
1 2
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Die einzelnen, mindestens im Bereich der Oberfläeine
Vorrichtung zum Stranggießen von Metall, ins- chenzone teigigen Tropfen vereinigen sich beim Verbesondere
von Stahl, bei dem das flüssige Metall in lassen des Behandlungsgefäßes infolge ihrer noch
Tropfenform unter Einleitung von Gas zersprüht und verhältnismäßig großen Plastizität zu einem Strang
dann zu einem Strang geformt wird. Bei einem aus 5 mit etwa gleichmäßiger Temperatur über den Querder
deutschen Patentschrift 730 743 bekannten Ver- schnitt. Außer der Beseitigung der Schwierigkeiten,
fahren dieser Art werden ein oder mehrere Metall- den Strang in einer Hitze auszuwalzen, besteht ein
strahlen, die aus einer oder mehreren Gießpfannen weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung
austreten, auf rotierende, miteinander eine Gießform darin, daß der Krümmungsradius bei Kreisbogenbildende
Walzen geleitet. Beim Auftreffen auf die io Gießmaschinen infolge der hohen Plastizität des
gekühlten Walzen sollen der Metallstrahl oder die Stranges sehr gering sein kann.
Metallstrahlen in kleine Tropfen zerteilt werden, die In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sich in dem von den Walzen gebildeten Trichter sam- wird zum Kühlen Gichtgas verwendet, weil dies in mein und unter dem Walzdruck zu einem Strang zu- Hüttenwerken in großer Menge anfällt. Bei einer ansammenschweißen. Dabei sollen in den Zwischenraum 15 deren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zwischen den Austrittsöffnungen der Gießpfanne oder zum Kühlen ein Gas benutzt, dessen Hauptbestand-Gießpfannen einerseits und die Walzen andererseits teile Kohlenmonoxyd und/oder Wasserstoff sind. Luft oder andere Gase eingeblasen werden, um den Wasserstoff oder ein Gas, das neben Kohlenmonoxyd Metallstrahl oder die Metallstrahlen besser zu ver- größere Mengen Wasserstoff enthält, ist zur Kühlung teilen. 20 besonders geeignet, weil Wasserstoff wegen seiner
Metallstrahlen in kleine Tropfen zerteilt werden, die In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sich in dem von den Walzen gebildeten Trichter sam- wird zum Kühlen Gichtgas verwendet, weil dies in mein und unter dem Walzdruck zu einem Strang zu- Hüttenwerken in großer Menge anfällt. Bei einer ansammenschweißen. Dabei sollen in den Zwischenraum 15 deren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zwischen den Austrittsöffnungen der Gießpfanne oder zum Kühlen ein Gas benutzt, dessen Hauptbestand-Gießpfannen einerseits und die Walzen andererseits teile Kohlenmonoxyd und/oder Wasserstoff sind. Luft oder andere Gase eingeblasen werden, um den Wasserstoff oder ein Gas, das neben Kohlenmonoxyd Metallstrahl oder die Metallstrahlen besser zu ver- größere Mengen Wasserstoff enthält, ist zur Kühlung teilen. 20 besonders geeignet, weil Wasserstoff wegen seiner
Dieses bekannte Verfahren eignet sich nicht für hohen Wärmeleitfähigkeit eine besonders rasche und
das großtechnische Vergießen von Metall- und ins- intensive Kühlung der Tropfen bewirkt. Außerdem
besondere Stahlschmelzen, da aus Sicherheitsgründen hat Wasserstoff die vorteilhafte Eigenschaft, daß seine
nur mit einer geringen Fallhöhe gearbeitet werden Löslichkeit insbesondere in Eisen oder Stahl mit falkann
und sich demzufolge kaum Metalltröpfchen bil- 25 lender Temperatur außerordentlich stark abnimmt
den werden. Das Metall gelangt daher bei diesem und demzufolge dem Strang keine schädlichen Was-Verfahren
flüssig und als im wesentlichen zusammen- serstoffgehalte einverleibt werden. Das erwähnte
hängende Phase in den aus den Walzen gebildeten Gichtgas eignet sich besonders dann zum Kühlen,
Trichter. Das Einblasen von Luft oder anderen Gasen wenn nicht die Gefahr einer Stickstoffaufnahme bein
den erwähnten Zwischenraum ist außerdem inso- 30 steht, wie etwa beim Vergießen von unberuhigtem
fern bedenklich, als die dazu erforderlichen Drücke Stahl, wenn eine Stickstoff aufnahme, wie bei Thomaszum
Herausblasen der Tropfen führen würden. stahl, nicht schädlich ist.
Beim üblichen Stranggießverfahren hat der aus der Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der
Stranggießkokille austretende Strang über seinen Erfindung gut geeignete Vorrichtung besteht aus
Querschnitt gesehen eine ungleichmäßige Tempera- 35 einem Behandlungsgefäß mit einer oberen Eintrittsturverteilung
mit von der Mitte nach außen abfallen- Öffnung für das flüssige Metall, Anschlüssen für Kühlder
Temperatur. Dadurch entstehen Schwierigkeiten, gasleitungen, einem unterhalb der Eintrittsöffnung
wenn man den Strang in einer Hitze walzt, also ohne angeordneten Verteiler und einer sich an das Gefäß
Abkühlen, Zerteilen und erneutes Erhitzen in einem anschließenden Kokille sowie durch der Kokille nachGlühofen
unmittelbar von der Stranggießkokille in 40 geordnete Verdichtungswalzen. Dabei kann der Verdas
Walzwerk übertreten läßt. Denn die Güte eines teiler aus einer der oberen Gefäßöffnung zugewandten
Walzerzeugnisses ist stark von der Walztemperatur Mantelfläche bestehen, der in Sektoren verschiedener
abhängig, die an allen Stellen des Querschnitts gleich- Seitenlänge aufgeteilt ist. Geeignete Verteiler in Form
mäßig und weder zu hoch noch zu niedrig sein darf. von Sprühtellern sind dem Fachmann aus der Pulver-Diese
Bedingung läßt sich wegen der raschen Abküh- 45 metallurgie geläufig.
lung in der Außenzone des Stranges beim Walzen Nachstehend seien noch einige für die praktische
des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges Durchführung des Verfahrens nützliche Angaben
nur schwer erfüllen, so daß die so gefertigten Walz- über die Abkühlgeschwindigkeit der Tropfen und die
erzeugnisse häufig von mangelhafter Güte sind. Tropfengröße gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 50 Beim Stranggießen von Stahl empfiehlt es sich,
Stranggießverfahren der eingangs bezeichneten Art die Abkühlgeschwindigkeit der Tropfen im Behandzu
schaffen, mittels dessen sich Stränge gießen lassen, lungsgefäß der Tropfen so einzustellen, daß je nach
bei denen die Temperaturverteilung — über den Tropfengröße etwa 2 bis 20 °/o der Tropfenmasse erQuerschnitt
des austretenden Stranges gesehen — starren. Dabei sollte die Schmelze in Tropfen einer
gleichmäßiger ist. Dies wird erfindungsgemäß da- 55 Größe von 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 6 mm,
durch erreicht, daß das Gießmetall innerhalb eines aufgelöst werden.
Behandlungsgefäßes in Tropfen zerteilt wird, die Wird mit einem wasserstofffreien Gas gekühlt, so
Tropfen durch ein im Gegenstrom zum Metallregen sollte die obere Grenze der Tropfengröße bei 3 mm
durch das Behandlungsgefäß geführtes Gas gekühlt liegen, während sie bei Verwendung von Wasserstoff
und in einer Stranggießkokille aufgefangen werden, 60 oder einem wasserstoffhaltigen Gas bis 6 mm betra-
in der das Metall zum Strang geformt wird. Das Ein- gen kann. Bei dieser Größe findet keine Oxydation
leiten eines Kühlgases im Gegenstrom zu dem Metall- des Stahles und auch praktisch keine Aufnahme von
regen innerhalb eines Behandlungsgefäßes führt dazu, Stickstoff statt.
daß die Außenschale der Tropfen in den teigigen Die jeweils gewünschten Tropfengrößen lassen sich
Zustand übergeht und es gleichzeitig wegen der 65 durch geeignete Gestaltung des Verteilers leicht eingroßen
Phasengrenzfläche zu einer beträchtlichen stellen. Findet ein Verteiler der oben angegebenen
Verminderung des im Metall gelösten Gases bevorzugten Form Anwendung, so ist die Einstellung
kommt. der Tropfengröße durch geeignete Wahl der Seiten-
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länge der Sektoren sowie durch geeignete Wahl der Gießgeschwindigkeit leicht möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des
näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer
Darstellung,
F i g. 2 den in F i g. 1 dargestellten Verteiler in vergrößertem Maßstab und
F i g. 3 eine Draufsicht auf den in F i g. 2 dargestellten Verteiler.
Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behandlungsgefäß 1, das unterhalb einer Plattform 2
angeordnet ist und oben eine verhältnismäßig enge Eintrittsöffnung 3, unten dagegen eine große Öffnung
4 hat. Im Bereich der unteren Öffnung münden seitlich Leitungen 5 für den Eintritt eines Kühlgases,
welches das Gefäß 1 über Leitungen 6 wieder verläßt. An die öffnung 4 des Gefäßes 1 schließt sich eine
gekühlte Stranggießkokille 7 an, in die Kühlwasser bei 8 ein- und bei 9 austritt. Der Stranggießkokille,
deren untere öffnung mit 14 bezeichnet ist, sind Verdichtungswalzen 15,16 nachgeordnet. Unterhalb
der Eintrittsöffnung 3 ist im oberen Teil des Gefäßes
1 ein kegelförmiger Verteiler 10 aus feuerfestem Material mit nach oben liegender Mantelfläche durch
Streben 11 gehaltert. Eine das zu vergießende Metall enthaltende Pfanne 12 wird unter Zwischenlegen
einer Ringdichtung 13 so auf die Plattform 2 gesetzt, daß sich das Gießloch der Pfanne senkrecht über der
Eintrittsöffnung 3 des Behälters befindet.
Der den Verteiler 10 bildende Kegel ist gemäß F i g. 2 und 3 in eine größere Anzahl von Sektoren
verschiedener Seitenlänge aufgeteilt, und zwar sind im gezeichneten Beispiel insgesamt 12 Sektoren vorgesehen,
die in drei verschiedenen Längen auftreten, von denen die längsten Sektoren mit 17, die mittleren
Sektoren mit 18 und die kurzen Sektoren mit 19 bezeichnet sind. Jeder Sektor ist seitlich durch Ränder
oder Wulste 20 begrenzt, die mit der Oberfläche des Sektors eine Rinne bilden. Die Wulste 20 erstrecken
sich von außen nach innen bis zum Rand einer glatten Kegelfläche 21.
Im Betrieb wird die Pfanne 12 über die öffnung 3 gefahren und nach Herstellung der Abdichtung 13
geöffnet, so daß ein Gießstrahl 22 in das Gefäß 1 tritt und auf den Verteiler 10 trifft. Der Strahl verteilt
sich auf die einzelnen Sektoren 17,18 und 19 und wird dadurch in 12 einzelne Ströme aufgeteilt,
die in dünner Schicht nach außen und über die Kanten 23 herabfließen. Die Gießgeschwindigkeit wird
so gewählt, daß die Schichten nicht dicker als 4 mm sind. Unter der Wirkung der Oberflächenspannung
lösen sich die Schichten am Rand des Verteilers in Tropfen auf, die als breiter Strom 24 durch das Gefäß
1 fallen. Im Gegenstrom dazu fließt durch das Gefäß das bei 5 eintretende und bei 6 austretende
Kühlgas, unter dessen Wirkung die Tropfen je nach ihrer Größe mehr oder weniger stark abgekühlt werden.
Sie sammeln sich in teils noch flüssigem, teils teigigem Zustand unterhalb der Öffnung 4 und treten
als Strang 26 aus der Kokille 7 aus. Dabei hat die Kühlung in der Kokille lediglich den Zweck, eine
dünne Randschicht des noch unverdichteten Stranges zur vollen Erstarrung zu bringen.
Der Strang 26 besteht aus Tropfen, die an ihren erstarrten Oberflächen zusammengeschweißt sind.
Durch die beiden Walzenpaare 15 und 16 wird der Strang sodann zusammengepreßt und erhält dadurch
die Form einer flachen Bramme. Die Hohlräume zwischen den Tropfen sind nach dieser Verformung
geschlossen, und das in ihnen enthaltene Gas ist nach oben herausgetreten. Der Strang kann nunmehr um
90° umgelenkt und in horizontaler Richtung weiter bearbeitet werden. Die weitere Verformung gestaltet
sich besonders einfach, wenn der Strang zu Blech ausgewalzt werden soll. In diesem Falle ist ein ununterbrochener
Fluß durch die weiteren Verformungswalzen möglich, ohne daß der Strang in einzelne
Abschnitte zerteilt werden müßte.
Es ist aber auch möglich, Knüppelmaterial sowie Profile herzustellen, wenn der aus der Kokille 7 austretende
teigige Strang von vornherein in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen zusammengepreßt
wird. Der Strang kann wiederum in die Waagerechte umgelenkt und weiter bearbeitet werden. Wegen
der hohen Plastizität sind dabei für die Profilierang weniger Walzenstiche erforderlich als bei einer
Verformung in festem Zustand.
Bekanntlich ist für die Ausbildung eines homogenen Kornaufbaus im festen Stahl ein Verformungsgrad im festen Zustand von mindestens 5 bis 6 nötig.
Für ein Blech mit einer Enddicke von 10 mm bedeutet dies, daß es bis zu einer Dicke von 6 cm teigig
verformt werden darf. Die Erhaltung des teigigen Zustandes ist lediglich eine Frage der Wärmeabfuhr.
Es wurde gefunden, daß bei einem Anteil von 20 % Feststoff und 80 % flüssiger Substanz in dem aus dem
Kühlmantel 7 austretenden Strang und einer Verarbeitung des Stranges zu Blech die teigige Verformung
nach spätestens zwei Minuten beendet sein muß.
Ein geeignetes Behandlungsgefäß hat beispielsweise
einen Durchmesser von etwa 1 m und eine Höhe von 4 m. Mit Rücksicht auf die Fallzeit der Tropfen sollte
die Höhe 3 m im allgemeinen nicht unterschreiten. Nach oben ist die Höhe durch die Auftreffgeschwindigkeit
der Tropfen begrenzt.
Als Beispiel sei das Gießen von beruhigtem Siemens-Martin-Stahl mit 0,25% Kohlenstoff, 0,3%
Silizium, 0,05 % Phosphor und 0,05 % Schwefel betrachtet. Der Stahl wird aus einer Pfanne von 80 t
Inhalt mit einer Geschwindigkeit von 5 t/min in das Gefäß 1 gegossen. Durch die Wirkung des Verteilers
10 entstehen Tropfen zwischen 0,8 und 5 mm Größe. Als Kühlgas wird 20 % Gichtgas und 80 % eines mit
Sauerstoff teiloxydierten Erdgases verwendet, und zwar besteht dies aus 2 % Kohlendioxyd, 33 % Kohlenmonoxyd,
54% Wasserstoff, Rest Stickstoff. Das Gas wird mit Raumtemperatur eingeblasen. Der Gasverbrauch
beträgt 240Nms/min und die Austrittstemperatur etwa 1000° C. Dabei beträgt die Erstarrung
im Mittel 20 %.
Erwähnt sei noch, daß andere Verteilerformen denkbar sind, beispielsweise eine Ringschlitzdüse, in
der der Stahl mit einem scharfen Gasstrahl zerteilt wird, oder ein siebartiges Gebilde oder auch eine
feuerfeste Brause.
Claims (5)
1. Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, bei dem das flüssige Metall
in Tropfenform unter Einleitung von Gas zersprüht und dann zu einem Strang geformt wird,
dadurchgekennzeichnet, daß das Gießmetall innerhalb eines Behandlungsgefäßes in
Tropfen zerteilt wird, die Tropfen durch ein im Gegenstrom zum Metallregen durch das Behandlungsgefäß
geführtes Gas gekühlt und in einer Stranggießkokille aufgefangen werden, in der das
Metall zum Strang geformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Gichtgas.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gases, dessen Hauptbestandteile
Kohlenmonoxyd und/oder Wasserstoff sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet
durch ein Behandlungsgefäß (1) mit einer oberen Eintrittsöffnung (3) für das flüssige Metall,
Anschlüssen (5, 6) für Kühlgasleitungen, einem unterhalb der Eintrittsöffnung angeordneten Verteiler
(10) und einer sich an das Gefäß (1) anschließenden Kokille (7) sowie durch der Kokille
nachgeordnete Verdichtungswalzen (15,16).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (10) aus einem
Kegel mit einer der oberen Gefäßöffnung zugewandten Mantelfläche besteht, der in Sektoren
(17, 18, 19) verschiedener Seitenlänge aufgeteilt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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