DE2735421A1

DE2735421A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen eines stahlstranges

Info

Publication number: DE2735421A1
Application number: DE19772735421
Authority: DE
Inventors: Eduard Dr Michaelis
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1977-08-05
Publication date: 1978-02-23
Also published as: CH623247A5; BR7705526A; GB1584397A; CA1087363A; JPS595056B2; FR2361957A1; AT343839B; IT1079809B; US4176707A; SE7708552L; JPS5326231A; ATA618476A; FR2361957B1

Description

Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft

Wien, Österreich

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen eines Stahlstranges

809808/0705

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen eines Stahlstranges mit die Länge einer einen geschlossenen Boden aufweisenden Kokille übersteigender Länge, in die flüssiger Stahl von einem Gießbehälter oder Zwischengefäß eingebracht wird und während des Gießvorganges die Kokille vom Gießbehälter oder Zwischengefäß längs einer im wesentlichen horizontalen Bahn zur Bildung eines Stahlstranges mit einer erstarrten Strangschale und einem flüssigen Kern wegbewegt wird, wobei vom Gießbehälter oder Zwischengefäß flüssiger Stahl durch die erstarrte Strangschale in Richtung zum Kokillenboden nachgegossen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren solcher Art ist in der US-PS 3 517 72 5 und in der Veröffentlichung von H.E. Allen, L. Watts und R. Hadden "Horizontal Continuous Casting in a Closed-End Mold System, The Watts Process", Continuous Casting, Biarritz, Frankreich, 30. Mai bis 2. Juni 1976 (Veröffentlichung von Vorträgen anläßlich einer Stranggußtagung) beschrieben.

Der Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß mit zunehmender Gießdauer der Kanal für die Zufuhr des Stahls vom Zwischengefäß zur Stranggießkokille hin, d.h. der Durchmesser des über die ganze Stranglänge flüssig bleibenden Kerns, allmählich kleiner wird. Dadurch ist die Länge der Stränge begrenzt. Ein anderer Nachteil ist, daß die Temperatur als Folge der Wärmeabgabe von der Strangoberfläche an die Umgebung durch Strahlung bzw. Kühlung so stark absinkt, daß sie über einen wesentlichen Teil der Längserstreckung unterhalb der Liquidustemperatur des Stahles liegt; dieser Zustand stellt sich schon in kurzem Abstand hinter dem Ausguß des Zwischengefäßes ein, und bis zum Kokillenboden hin ist dann eine Zone vorhanden, in der ein 2-Phasengemisch, bestehend aus flüssiger Schmelze und erstarrten Kristallen, vorhanden ist, das nach Beendigung des Prozesses zur Erstarrung gebracht wird. Das Vorhandensein dieses 2-Phasengemisches über eine so große Länge des Stranges ist äußerst nachteilig, weil die Mischung fest/flüssig allmählich zähflüssiger wird und die gleichmäßige Stahizufuhr zum Kokillenboden hin nicht gesichert bleibt. Auch die gleichmäßige Erstarrung und Homogenität des Gußstranges ist bei dieser bekannten Arbeitsweise nicht gewährleistet.

809808/0705

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses bekannte Verfahren so zu verbessern, daß nicht nur längere Stränge betriebssicher hergestellt werden können, sondern auch eine qualitative Verbesserung erreicht wird. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, bessere Bedingungen für die Zufuhr flüssigen Stahls zur Kokille und für die Erstarrung zu schaffen.

Demnach besteht die Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Verfahren darin, daß dem außerhalb der Kokille befindlichen Strangteil Wärme zugeführt und die Temperatur des flüssigen Strangkerns so vergleichmäßigt und eingestellt wird, daß sie über den größten Bereich der Längserstreckung des Stranges über der Liquidustemperatur des Stahls liegt.

Eine besonders vorteilhafte Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des flüssigen Strangkerns zwischen einer ersten Kühlzone am Stranganfang und einer zweiten Kühlzone vor der Kokille im wesentlichen konstant bleibt und erst im Bereich der Kokille auf bzw. unter die Liquidustemperatur abfällt.

Zur Verbesserung der Qualität, d.h. zur besseren Durchmischung des Strangkerns, die auch einen Temperaturausgleich quer und längs des Stranges bewirken soll, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß gleichzeitig mit der Wärmezufuhr dem flüssigen Strangkern eine Rührbewegung erteilt wird.

Das Verfahren kann aber auch so angewendet werden, daß die Rührbewegung des flüssigen Strangkerns ausschließlich in der vor der Kokille liegenden zweiten Kühlzone erfolgt.

Eine andere Methode ist die, daß die Rührbewegung des flüssigen Strangkerns bis zum Gießende im wesentlichen innerhalb der vor der Kokille liegenden zweiten Kühlzone erfolgt und im übrigen Bereich des Stranges die Rührbewegung nur während der Erstarrung des flüssigen Strangkerns erfolgt.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer einen geschlossenen Boden aufweisenden, von einem flüssigen Stahl enthaltenden und einen Ausguß aufweisenden Behälter in im wesentlichen horizontaler Richtung bewegbaren Kokille. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Anordnung von mehreren, die Strangschale umhüllbaren Heizeinrichtungen, die vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtungen und kombiniert mit einer elektromagnetischen Rühreinrichtung ausge-

809808/0705

bildet sind und nacheinander, im Zuge der Bewegung der Kokille bzw. der Bildung des Stahlstrangs, in die bzw. aus der Betriebsstellung bewegbar sind.

Zweckmäßigerweise ist vor der Kokille eine elektromagnetische Rühreinrichtung vorgesehen und mit der Kokille verschiebbar.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die an die Kokille anschließende elektromagnetische Rühreinrichtung Bohrungen für die Einführung von Sprühdüsen zur Strangkühlung aufweist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Heiz- bzw. Rühreinrichtungen auf der Unterseite der Strangschale angreifende Stützeinrichtungen aufweisen.

Eine mögliche und vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Heizeinrichtungen einen C- bzw. U-förmigen Querschnitt aufweisen und an einen in die bzw. aus der Betriebsstellung bewegbaren Verschlußteil anstellbar sind, der als wärmeisolierende Platte ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand der beigefügten Zeichnung erkennbar.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine Horizontal-Stranggießanlage nach der Erfindung in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung. Fig. 2 zeigt den Temperaturverlauf im flüssigen Strangkern entsprechend dem Stand der Technik; Fig. 3 ist eine ähnliche Darstellung, jedoch für den Temperaturverlauf bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Zwischengefäß bezeichnet, aus dem flüssiger Stahl 2 durch eine Düse und ein hohles Anfahrstück 3 in eine wassergekühlte Kokille 4 fließt. Diese Kokille 4 hat einen geschlossenen Boden 5 und übergreift zu Gießbeginn das Anfahrstück 3. Sie führt eine oszillierende Bewegung in horizontaler Richtung durch und wird vom Zwischengefäß 1 wegbewegt, wobei sich ein Strang 6 mit einer erstarrten Strangschale 7 und einem flüssigen Kern 8 bildet; die Kokille 4 ist zu diesem Zweck auf einem Wagen 9 gelagert, der entlang einer Schienenbahn 10 in Richtung des Pfeiles 11 kontinuierlich verschoben wird.

809808/0705

Mit 12 und 13 sind Begrenzungslinien für eine Kühlzone bezeichnet, in der sich Sprühdüsen 14 befinden; die Begrenzungslinie 13 ist strichliert gezeichnet; dort endigt beim Verfahren nach dem Stand der Technik etwa die Kühlzone, die unmittelbar an das Anfahrstück 3 anschließt und verhindert, daß durch den kontinuierlich nachfließenden Stahl eine zu große Auswaschung bzw. ein Durchbruch der Strangschale 7 erfolgt. Mit 13' ist die Begrenzung der Kühlzone bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezeichnet. Erfindungsgemäß wird angestrebt, die Kühlwirkung in dieser Zone so zu vermindern, daß der Temperaturabfall klein bleibt; die Temperatur des flüssigen Kerns 8 soll möglichst nahe der in einem Abstand über der Liquidustemperatur des Stahls 2 liegenden Temperatur im Zwischengefäß 1 sein.

Mit 15 ist eine weitere Begrenzungslinie bezeichnet, wobei in der Zone zwischen den Linien 13 und 15 bisher eine Wärmeabfuhr durch Strahlung und ein Abfall der Temperatur des flüssigen Kerns erfolgte. Erfindungsgemäß sind nun innerhalb der durch die Linien 13' und 15 begrenzten Zone Heiz- und Rühreinrichtungen 25, 26,27 angeordnet, die im einzelnen noch beschrieben werden.

Unmittelbar vor der Kokille 4 befindet sich eine Kühlzone, die durch die Begrenzungslinien 15, 16 gekennzeichnet bzw. durch die Sprühdüsen 17 gebildet wird. In Verbindung mit der Kühlwirkung der Kokille 4 erweitert sich der flüssige Kern 8 in diesem Bereich, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, wobei die Begrenzungslinie 18 das Ende des Stranges kennzeichnet; dort ist der Strang flüssig.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei der bisherigen Arbeitsweise die Temperatur des flüssigen Kerns 8 entsprechend der Kurve 21 verläuft. In der ersten, durch die Linien 12, 13 gekennzeichneten Kühlzone fällt die Temperatur steil bis auf die Liquidustemperatur 20 ab, und sie sinkt allmählich bis unter die Liquidustemperatur, so daß am Kokillenboden 5 eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur 19 und der Liquidustemperatur 20 vorhanden ist. Das hat das Vorhandensein eines 2-Phasengemisches fest/flüssig im ganzen Bereich zwischen den Linien 13 und 18 zur Folge, was sehr nachteilig ist, weil der Stahltransport erschwert und die Erstarrung beeinträchtigt wird.

Fig. 3 zeigt den Verlauf nach einer bevorzugten Ausführungs-

809808/0705

form der Erfindung. In der kürzeren ersten Kühlzone, gekennzeichnet durch die Linien 12, 13', ist der Temperaturabfall verhältnismäßig klein; in der anschließenden Zone bleibt, wie der Verlauf der Temperaturkurve 22 zeigt, die Temperatur ziemlich konstant, und sie liegt weit über der Liquidustemperatur, so daß also die vorzeitige Bildung von Mischkristallen bzw. Dendriten sicher vermieden wird; erst in der anschließenden Kühlzone erfolgt ein Temperaturabfall bis auf die Liquidustemperatur 20, d.h. die Bildung eines 2-Phasengemisches beschränkt sich etwa auf den durch die Linien 16, 18 gekennzeichneten Kühlbereich durch die Kokille Erfindungsgemäß wird daher vor diesem Bereich eine elektromagnetische Rühreinrichtung, deren Funktion und Wirkung auf die Qualitätsverbesserung des Stranggießens an sich bekannt ist, angeordnet (vgl. "Die erste elektromagnetische Rühranlage für Strangguß" von Irsid und Cem sowie Veröffentlichung von Robert Alberny, Lazio Backer, Jean-Pierre Birat, Paul Gosselin und Maurice Wanin "Quality Improvement of Strand-cast Billets Through Electromagnetic Stirring", Electric Furnace Proceedings, 1973, Seiten 237 bis 245). In der Zeichnung ist diese Vorrichtung nur schematisch dargestellt und als ganzes mit 23 bezeichnet. Sie weist Bohrungen 24 für die Anordnung von Sprüh- oder Spritzdüsen 17 zur Kühlung des Stranges auf, wobei die unteren öffnungen dem Abfluß des Wassers dienen. Mit 25, 26, 27 sind Heizeinrichtungen bezeichnet, die verschiedenartig ausgeführt sein können; die Wärmezufuhr kann elektrisch durch Strahlung, aber auch durch eine öl- oder Gasheizung durch Strahlung und Konvektion erfolgen. Die Verwendung einer kombinierten elektrischen bzw. elektromagnetischen Heiz- und Rühreinrichtung wird bevorzugt. Sie bewirkt, daß die Strangschale auf einer gleichmäßigen Temperatur gehalten wird, damit die Temperatur des flüssigen Kerns 8 etwa der Kurve 22 in Fig. 3 folgt. Durch nicht dargestellte Temperaturmeßgeräte und/oder Strangschalendickenmeßgeräte wird die Wärmeabgabe der nacheinander eingeschobenen Teile 25, 26, 27 geregelt. Gleichzeitig oder nach Beendigung des Gießens erfolgt eine Rührbewegung im flüssigen Kern 8, wie dies an sich bekannt und in den zitierten Veröffentlichungen im einzelnen beschrieben ist; es erübrigt sich daher, auf konstruktive Einzelheiten dieser zum Stand der Technik gehörenden und beim

809808/0705

Stranggießen schon vielfach angewendeten Einrichtungen einzugehen.

Aus Fig. 4 ist eine von mehreren Möglichkeiten der Anstellung der Heiz- und Rühreinrichtungen 25, 26, 27 an den sich bildenden, aber seine Lage nicht verändernden Strang 6 entnehmbar.

Für jede dieser Einrichtungen 25, 26, 27 ist seitlich eine Rollenbahn 2 8 vorgesehen, die mit einer weiteren Rollenbahn 28* im Bereich des Stranges 6 korrespondiert. Die Rollenbahn 28' ist an die Einrichtungen 25, 26, 27 durch nicht dargestellte Huboder Schwenkvorrichtungen anstellbar bzw. wird durch eine Verstelleinrichtung 29 jede der Einrichtungen 25, 26, 27 nacheinander auf die Rollenbahn 28' verschoben, wobei Stützeinrichtungen 30 der Unterstützung des Stranges 6 dienen. Nach Beendigung des Gießens wird die Rollenbahn 28' in Richtung der Pfeile 31 abgesenkt. Die Einrichtungen 25, 26, 27, die Kühlwasseranschlüsse für die elektromagnetische Rühreinrichtung und eine Stromzufuhrleitung 33 aufweisen, haben - insbesondere beim Gießen von Brammen - einen C- oder ü-förmigen Querschnitt, und sie sind an eine wärmeisolierende Wand 34 anstellbar, so daß ein geschlossener Raum entsteht. Die Wand 34 ist an einer Halterung 35 horizontal verschiebbar gelagert. Nach Gießende werden die Einrichtungen 25, 26, 27 in Pfeilrichtung 36 entfernt, der Strang 6 wird in üblicher Weise in mehrere Stücke unterteilt und der weiteren Verarbeitung zugeführt. Selbstverständlich können die Einrichtungen 25, 26, 27 auch einen anderen Querschnitt haben und mehrteilig ausgeführt sein. Auch die Anstellung an den Strang 6 kann durch andere Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise können die Einrichtungen mittels Rollen an Doppel-T-Trägern, die oberhalb des Stranges 6 und quer zur Kokillenbewegungsrichtung 11 angeordnet sind, horizontal verschoben werden.

Die Rühreinrichtung 23 weist ebenfalls Stützeinrichtungen 30 für den Strang 6 auf. Sie ist zum Unterschied von den Heizeinrichtungen 25, 26, 27 rundum geschlossen; sie hat also einen dem Strangprofil angepaßten Querschnitt. Die Rühreinrichtung 23 ist am Wagen 9 gelagert und befindet sich bei Inbetriebnahme der Stranggußmaschine bereits in der Betriebsstellung. Sie kann auch, wenn dies vorteilhaft ist, zusammen mit der Kokille 4 in der Bewegungsrichtung 11 oszillieren.

809808/0705

Durch die Wärmezufuhr kann der Durchmesser des flüssigen Kerns 8 größer als bisher gehalten werden, und es können in der Länge nicht begrenzte Stränge bester Qualität erzeugt werden, soweit eine entsprechend große Anzahl von Einrichtungen 25, 26, 27 vorhanden ist; diese Einrichtungen sind gleich ausgeführt, d.h. sie bilden ein Baukastensystem, was die Investitions- und Betriebskosten erniedrigt.

809808/0705

Lee

r s e i t e

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen eines Stahlstranges mit die Länge einer einen geschlossenen Boden aufweisenden Kokille übersteigender Länge, in die flüssiger Stahl von einem Gießbehälter oder Zwischengefäß eingebracht wird und während des Gießvorganges die Kokille vom Gießbehälter oder Zwischengefäß längs einer im wesentlichen horizontalen Bahn zur Bildung eines Stahlstranges mit einer erstarrten Strangschale und einem flüssigen Kern wegbewegt wird, wobei vom Gießbehälter oder Zwischengefäß flüssiger Stahl durch die erstarrte Strangschale in Richtung zum Kokillenboden nachgegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem außerhalb der Kokille befindlichen Strangteil Wärme zugeführt und die Temperatur des flüssigen Strangkerns so vergleichmäßigt und eingestellt wird, daß sie über den größten Bereich der Längserstreckung des Stranges über der Liquidustemperatur des Stahls liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des flüssigen Strangkerns zwischen einer ersten Kühlzone am Stranganfang und einer zweiten Kühlzone vor der Kokille im wesentlichen konstant bleibt und erst im Bereich der Kokille auf bzw. unter die Liquidustemperatur abfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Wärmezufuhr dem flüssigen Strangkern eine Rührbewegung erteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührbewegung des flüssigen Strangkerns ausschließlich in der vor der Kokille liegenden zweiten Kühlzone erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührbewegung des flüssigen Strangkerns bis zum Gießende im wesentlichen innerhalb der vor der Kokille liegenden zweiten Kühlzone erfolgt und im übrigen Bereich des Stranges die Rührbewegung nur während der Erstarrung des flüssigen Strangkerns erfolgt.

809808/0705

ORIGINAL INSPECTED

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit ei.ner einen geschlossenen Boden aufweisenden, von einem flüssigen Stahl enthaltenden und einen Ausguß aufweisenden Behälter in im wesentlichen horizontaler Richtung bewegbaren Kokille, gekennzeichnet durch die Anordnung von mehreren, die Strangschale (7) umhüllbaren Heizeinrichtungen (25, 26, 27), die vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtungen und kombiniert mit einer elektromagnetischen Rühreinrichtung ausgebildet sind und nacheinander, im Zuge der Bewegung der Kokille (4) bzw. der Bildung des Stahlstrangs (6), in die bzw. aus der Betriebsstellung bewegbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kokille (4) eine elektromagnetische Rühreinrichtung (23) vorgesehen und mit der Kokille (4) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Kokille (4) anschließende elektromagnetische Rühreinrichtung (23) Bohrungen (24) für die Einführung von Sprühdüsen (17) zur Strangkühlung aufweist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- bzw. Rühreinrichtungen (25, 26, 27; 23) auf der Unterseite der Strangschale (7) angreifende Stützeinrichtungen (30) aufweisen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (25, 26, 27) einen C- bzw. U-förmigen Querschnitt aufweisen und an einen in die bzw. aus der Betriebsstellung bewegbaren Verschlußteil anstellbar sind, der als wärmeisolierende Platte (34) ausgebildet ist.

809808/0705