DE10140019C1 - Gießsystem für Block- oder Strangguss und Verwendung eines solchen Gießsystems für die Stahlerzeugung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gießsystem für Block- oder Strangguss mit Mitteln zur Erhöhung des Reinheitsgrades einer mit Aluminiumoxidpartikeln verunreinigten Stahlschmelze sowie die Verwendung eines solchen Gießsystems. Anstelle von seit langem vorgeschlagenen Filtern aus Aluminiumoxid wird ein Kanalsystem mit Schikanen aus hochreinem Aluminiumoxid eingesetzt, über das die Schmelze auf ihrem Weg vom Gießgefäß zur Gießkokille unter Bildung von Turbulenzen zwangsgeleitet wird. An den aus hochreinem Aluminiumoxid bestehenden Schikanen selbst, die beispielsweise beim Blockguss vom Königstein (6) und/oder vom Steigerstein (8a, 8b) oder einer Düse (19a, 19b) mit Abrisskanten (19a*, 19b*) gebildet werden oder an aus hochreinem Aluminiumoxid bestehenden Elementen, die intensivst mit der Strömung der Schmelze in Kontakt gebracht werden, scheiden sich die Verunreinigungen aus Aluminiumoxid ab.

Description

Eine seit langem bestehende Aufgabe bei der Stahlerzeugung besteht darin, einen Stahl mit einem möglichst hohen Reinheitsgrad zu erzeugen. Das bedeutet unter anderem, dass die bei der Desoxidation der Schmelze mit Aluminium als Verunreinigungen entstehenden Al₂O₃- Partikel weitestgehend aus der Schmelze abzuscheiden sind. Dafür hat man Filter entwickelt, über die die Schmelze auf ihrem Weg von einem Gießgefäß zu einer Gießkokille geleitet wird. Als Filterwerkstoff für Stahlschmelzen werden verschiedene Oxide, wie Al₂O₃, ZrO₂, MgO, CaO und Mullit vorgeschlagen. Bei solchen Filtern beruht die Filterwirkung zum einen auf der mechanischen Siebwirkung des Filters und zum anderen auf Adsorption, d. h. auf eine molekulare Wechselwirkung zwischen den verwandten Materialien des Filters und der Verunreinigungen. Die Vorschläge für den Einsatz von Filtern basieren auf Versuchen. In die Praxis haben solche Filter wegen der zu vermutenden kurzen Standzeit keinen Eingang gefunden. Wenn nach gar nicht langer Standzeit der Durchfluss durch das Filter wegen der Verunreinigungen abnimmt, kann es sogar zu einem Einfrieren der Schmelze im Filter kommen (ISIJ International, Vol. 32 (1992), No. 1, pp. 150-156 "Filtration Mechanism of Non-metallic Inclusions in Steel by Ceramic Loop Filter"; Stahl und Eisen 108 (1988 Nr. 5, Seiten 211 bis 219) "Kenntnisstand zur Abscheidung von Einschlüssen beim Filtrieren von Stahlschmelzen" von Peter Hammerschmid und Dieter Janke).

Auch ein anderer schon seit längerem bekannter Vorschlag, bei dem in einer unmittelbar unterhalb der Kokille angeordneten, geschlossenen Kammer eine mehrfache 180°- Umlenkung der Stahlströmung vorgesehen ist, hat bis heute keinen Eingang in die Praxis gefunden (Fortschr.-Ber. VDI Reihe 3 Nr. 345. Düsseldorf: VDI-Verlag 1993, "Grundlegende Untersuchungen zur Optimierung der Filtration von Stahlschmelzen" von Raiber, Klaus). Vor den in dichter Folge hintereinander angeordneten 180°- Umlenkmitteln kommt es zu einem nicht unbeachtlichen Staudruck, so dass es in Verbindung mit sich absetzenden Verunreinigungen zu einem Einfrieren der Stahlschmelze kommen kann. Ein weiterer Nachteil der unmittelbar unter der Kokille angeordneten Kammer besteht darin, dass sie zu ihrer Befestigung spezielle Halterungen, wie Gespannplatten benötigt.

Die Erfindung betrifft somit ein Gießsystem für Block- oder Strangguss mit einer Gießkokille sowie der Gießkokille vorgeordneten Mitteln zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gießsystem der vorgenannten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine wirksame Abscheidung von aus Aluminiumoxid bestehenden Verunreinigungen in einer Stahlschmelze über eine lange Standzeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen in einem zur Gießkokille führenden Kanalsystem angeordnet und als strömungsbeeinflussende Schikanen ausgebildet sind, die selbst und/oder von diesen mit der Strömung der Schmelze beaufschlagte Elemente aus hochreinem Aluminiumoxid als die Mittel zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen bestehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Gießsystem sorgen die aus hochreinem Aluminiumoxid bestehenden Schikanen und/oder die von der Schmelze intensiv beaufschlagten Elemente in Verbindung mit der besonderen, zu Turbulenzen führenden Strömungsführung der Schmelze in dem Kanalsystem dafür, dass sich die Verunreinigungen aufgrund von Adsorption an den Schikanen und/oder Elementen aus hochreinem Aluminiumoxid abscheiden. Da im Unterschied zu Filtern, die sich siebartig über den gesamten Strömungsquerschnitt erstrecken und auf deren eingangsseitiger Oberfläche sich deshalb die Verunreinigungen absetzen und so den freien Durchfluss mehr und mehr zusetzen, oder die 180°- Umlenkmittel in der dem Eingang der Gießkokille unmittelbar vorgeordneten Kammer, die einen Staudruck in der Schmelzenströmung verursachen, die Schikanen und/oder Elemente eine völlig andersartige geometrische Gestaltung haben, insbesondere keine 180°-Umlenkung und das in dichter Folge mehrfach bewirken, können die sich daran anlagernden Verunreinigungen den großen freien Strömungsquerschnitt auch nicht annähernd stark einengen. Die Schmelzendurchflussrate bleibt deshalb auch auf Dauer hoch.

Bei der Erfindung ist der intensive Kontakt der Stahlschmelze mit den Schikanen und/oder Elementen aus hochreinem Aluminiumoxid wesentlich. Dafür besonders geeignete Schikanen sind Düsen, Abrisskanten, Barrieren oder Siphons. Bei einem Gießsystem für Blockguss kommt dafür der Königstein oder Steigerstein im Kanalsystem besonders in Frage. Bei einem Gießsystem für Strangguss ist das Kanalsystem im Verteiler angeordnet und weist einen Einlauftrichter, einen Verteilerstein und einen Steigerstein aus hochreinem Aluminium auf, die aufgrund ihrer Anordnung und Ablenkung der Strömung (keine Richtungsumkehr!) besonders intensiv mit der Schmelze in Kontakt kommen, insbesondere eine laminare Strömung in eine turbulente Strömung umwandeln.

Die Erfindung erstreckt sich weiter auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Gießsystems zur Verbesserung des Reinheitsgrades einer Stahlschmelze.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Gießsystem für Blockguss im Vertikalschnitt,

Fig. 2 ein Gießsystem für Strangguss in Aufsicht und

Fig. 3 das Gießsystem gemäß Fig. 2 im Vertikalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Gießsystem 1 für Blockguss umfasst zwei Gießkokillen 2, 3 sowie ein zwischen einem Gießtrichter 4 und den Gießkokillen 2, 3 angeordnetes Kanalsystem 5. Dieses besteht aus zwei Verteilerkanälen 5a, 5b, die von dem Gießtrichter 4 ausgehen und zu den beiden Gießkokillen 2, 3 führen. In den Gießtrichter 4 kann schmelzflüssige Stahlschmelze mittels eines nicht gezeigten Gießgefäßes eingefüllt werden.

Unterhalb des Gießtrichters 4 befindet sich ein Königstein 6, der die aus dem Gießtrichter 4 kommende Schmelzenströmung in die beiden Verteilerkanäle 5a, 5b umlenkt. Dadurch kommt er mit der Schmelze intensivst in Kontakt. Die umgelenkten Teilströme der Schmelze werden dann über jeweils eine in den Verteilerkanälen 5a, 5b angeordnete Düse 7a, 7b geleitet, die am strömungsabgewandten Ende eine Abrisskante 7a*, 7b* aufweist. Auch an dieser Stelle kommt die Schmelze mit der Düse 7a, 7b intensiv in Kontakt.

Auf ihrem weiteren Weg gelangen die Teilströme der Schmelze zu einem unterhalb der Gießkokille 2, 3 angeordneten Steigerstein 8a, 8b, von dem die Teilströme aus ihrer horizontalen Strömungsrichtung um 90° nach oben umgelenkt werden. Auch hier findet ein intensiver Kontakt der Schmelze mit den Steigersteinen 8a, 8b statt.

Bei diesem Gießsystem bestehen die besonders intensiv mit der Schmelze in Kontakt kommenden Elemente im Kanalsystem 5, und zwar der Königstein 6, die Düsen 7a, 7b mit ihren Abrisskanten 7a*, 7b* und der Steigerste 5a, 8b aus hochreinem Aluminiumoxid. Deshalb wirken sie als Mittel zur Abscheidung von Verunreinigungen aus Al₂O₃. Diese Mittel sollten einen Reinheitsgrad von mindestens 60% haben, vorzugsweise 90%.

Es versteht sich, dass das beschriebene System nicht auf ein solches mit zwei Gießkokillen beschränkt ist, sondern auch für mehr als zwei oder auch nur für eine gilt.

Bei dem Gießsystem für Strangguss gemäß den Fig. 2 und 3 werden ebenfalls zwei Gießkokillen mit Stahlschmelze beschickt. In diesem Fall sind die Gießkokillen nicht dargestellt. Auch in diesem Fall ist das System nicht nur bei zwei Gießkokillen zu verwirklichen.

In einem wannenförmigen Verteiler 11 mit durch Stopfen verschließbaren Bodenausläufen 12, 13 ist ein erfindungsgemäßes Kanalsystem angeordnet. Das Kanalsystem umfasst einen vertikalen Einlauftrichter 14 mit einem zu einem Verteilerstein 15 führenden, horizontalen Verbindungskanal 16 und zwei horizontal verlaufende Verteilerkanäle 17a, 17b, die in vertikalen Auslaufsteinen 15a, 18b münden. In beiden Verteilerkanälen 17a, 17b sind Düsen 19a, 19b mit Abrisskanten 19a*, 19b* angeordnet. Der Verteilerstein 15, die Düsen 19a, 19b mit ihren Abrisskanten 19a*, 19b* und die Auslaufsteine 18a, 18b beeinflussen die Schmelzenströmung aufgrund ihrer Anordnung und Ausbildung im Kanalsystem und sind als Mittel zur Abscheidung von Al₂O₃-Verunreinigungen aus hochreinem Aluminiumoxid gefertigt.

Claims (5)

1. Gießsystem für Block- oder Strangguss mit einer Gießkokille (2, 3) sowie der Gießkokille (2, 3) vorgeordneten Mitteln zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen in einem zur Gießkokille führenden Kanalsystem (5, 14, 16, 17a, 17b) angeordnet und als strömungsbeeinflussende Schikanen (6, 7a, 7a*, 7b, 7b*, 8a, 8b, 15, 19a, 19a*, 19b, 19b*, 18a, 18b) ausgebildet sind, die selbst und/oder von diesen mit der Strömung der Schmelze beaufschlagte Elemente aus hochreinem Aluminiumoxid als Mittel zur Abscheidung von Aluminiumoxidverunreinigungen bestehen.

2. Gießsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanen (6, 7a, 7a*, 7b, 7b*, 8a, 8b, 15, 19a, 19a*, 19b, 19b*, 18a, 18b) Düsen (7a, 7b, 19a, 19b), Abrisskanten (7a*, 7b*, 19a*, 19b*), Barrieren oder Siphons sind.

3. Gießsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gießsystem für Blockguß mit einem Königstein (6) und einem Steigerstein (8a, 8b) im Kanalsystem (5) mindestens einer dieser Steine als die aus hochreinem Aluminiumoxid bestehende Schikane ausgebildet ist.

4. Gießsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gießsystem für Strangguss das Kanalsystem (14, 16, 19a, 19b) in dem der Gießkokille vorgeordneten Verteiler (11) angeordnet ist und einen Einlauftrichter (14), einen Verteilerstein (15) und/oder einen Steigerstein (18a, 18b) als aus hochreinem Aluminiumoxid bestehende Schikanen aufweist.

5. Verwendung eines Gießsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Erhöhung des Reinheitsgrades eines Stahls.