CH623247A5

CH623247A5 -

Info

Publication number: CH623247A5
Application number: CH949277A
Authority: CH
Inventors: Eduard Dr Michaelis
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1981-05-29
Also published as: US4176707A; IT1079809B; FR2361957B1; DE2735421A1; SE7708552L; CA1087363A; GB1584397A; FR2361957A1; ATA618476A; JPS5326231A; AT343839B; JPS595056B2; BR7705526A

Description

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 3 517 725 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 Aus-guss des Zwischengefässes ein, und bis zum Kokillenboden hin ist dann eine Zone verhanden, in der ein 2-Phasengemisch, bestehend aus flüssiger Schmelze und erstarrten Kristallen, vorhanden ist, das nach Beendigung des Prozesses zur 40 Erstarrung gebracht wird. Das Vorhandensein dieses 2-Pha-sengemisches über eine so grosse Länge des Stranges ist äusserst nachteilig, weil die Mischung fest/flüssig allmählich zähflüssiger wird und die gleichmässige Stahlzufuhr zum Kokillenboden hin nicht gesichert bleibt. Auch die gleichmässige Er-45 starrung und Homogenität des Gussstranges ist bei dieser bekannten Arbeitsweise nicht gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses bekannte Verfahren So zu verbessern, dass nicht nur längere Stränge betriebssicher hergestellt werden können, sondern auch eine qualitative so 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 55 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 Ausführungsform ist dadurch 60 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.

65 Zur Verbesserung der Qualität, d.h. zur besseren Durchmischung des Strangkerns, die auch einen Temperaturausgleich quer und längs des Stranges bewirken soll, wird bei einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass gleichzeitig mit der

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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 Ausführungsform 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 ausgebildet 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 Ausführungsform 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, wenn die Heiz- bzw. Rühreinrichtungen auf der Unterseite der Strangschale angreifende Stützeinrichtungen aufweisen.

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

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine Horizontal-Strang-giessanlage 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 grösserem 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.

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. Es 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 8 erfolgte. Innerhalb der durch die Linien 13' und 15 begrenzten Zone sind 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 Ausführungsform 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-Pha-sengemisches beschränkt sich etwa auf den durch die Linien 16, 18 gekennzeichneten Kühlbereich durch die Kokille 4. Es 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 6 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 dur 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 Strangschalendicken-messgeräte wird die Wärmeabgabe der nacheinander eingeschobenen Teile 25, 26, 27 geregelt. Gleichzeitig oder nach

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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 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 28 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 Hub- oder 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 32 für die elektromagnetische Rühreinrichtung und eine Stromzufuhrleitung 33 aufweisen, haben — insbesondere beim Giessen von Brammen - einen C-oder U-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 5 haben und mehrteilig ausgeführt sein. Auch die Anstellung an den Strang 6 kann durch andere Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise können die Einrichtungen mittels Rollen an Dop-pel-T-Trägern, die oberhalb des Stranges 6 und quer zur Kokillenbewegungsrichtung 11 angeordnet sind, horizontal ver-10 schoben 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 Rührein-15 richtung 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.

2o 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 25 gleich ausgeführt, d.h. sie bilden ein Baukastensystem, was die Investitions- und Betriebskosten erniedrigt.

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2 Blatt Zeichnungen

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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 gröss-ten Bereich der Längserstreckung des Stranges über der Li-quidustemperatur 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 erhalten und erst im Bereich der Kokille auf bzw. unter die Liquidustemperatur abfallen gelassen wird.
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.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

5 Anspruch 1, mit einer einen geschlossenen Boden aufweisenden, von einem flüssigen Stahl enthaltenden und einen Aus-guss aufweisenden Behälter in im wesentlichen horizontaler Richtung bewegbaren Kokille, gekennzeichnet durch die Anordnung von mehreren, zum Umhüllen der Strangschale (7) io bestimmten Heizeinrichtungen (25, 26, 27), die als elektrische Heizeinrichtungen und kombiniert mit einer elektromagnetischen Rühreinrichtung (23) ausgebildet sind und nacheinander, im Zuge der zur Bildung des Stahlstrangs (6) erfolgenden Bewegung der Kokille (4) in ihre bzw. aus ihren jeweiligen 15 Betriebsstellungen 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, 20 dass die an die Kokille (4) anschliessende elektromagnetische

Rühreinrichtung (23) Bohrungen (24) für die Einführung von Sprühdüsen (17) zur Strangkühlung aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und Rühreinrichtungen (25, 26, 27; 23) auf der Unterseite der Strangschale (7) angreifende Stützeinrichtungen (30) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Heizeinrichtung (25, 26, 27) einen einen C-för-migen Querschnitt aufweisenden Teil hat, der an einen in seine

30 bzw. aus seiner Betriebsstellung bewegbaren, als wärmeisolierende Platte (34) ausgebildeten Verschlussteil anstellbar ist.

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