DE19936227A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze während des Stranggießens in einer Stranggießanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze 16 während des Stranggießens in einer Stranggießanlage, wobei Stahlschmelze unter Atmosphärendruck aus einer Pfanne (1) einem Zwischenbehälter (2), dem sogenannten Tundish, aufgegeben und aus diesem in mengenregelbarem Fluß über ein Tauchrohr 3 in eine Kokille vergossen wird. Die Schmelze 16 wird zwischen ihrem Einlauf 8 in den Tundish 2 und dessen Auslauf 9 über das Tauchrohr 3 durch eine Vakuumkammer 4 hindurchgeführt. Dabei wird unter Einwirkung eines darin erzeugten Vakuums beim Durchfluß der Schmelze eine Entgasung vorgenommen. Die Erfindung betrifft auch eine Tundish-Anordnung 2 mit integrierter Vakuumkammer 4.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze während des Stranggießens in einer Stranggießanlage, wobei Stahlschmelze aus einer Pfanne einem Zwischenbehälter, dem sogenannten Tun­ dish, aufgegeben und aus diesem in mengenregelbarem Fluß über ein Tauchrohr in eine Kokille vergossen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelze aus metallurgi­ schen Gründen einer Vakuumbehandlung zu unterziehen und damit schädliche Gaseinschlüsse, die bei der Erstarrung zu Lunkern führen würden, zu entfernen. Darüber hinaus enthält Stahlschmelze infolge Kontakts mit der umgebenden Luft einen unerwünschten Stickstoffgehalt. Bei höheren Ansprüchen an die Freiheit von Gasen und oxidischen Einschlüssen können Schmelzen nach verschiedenen Verfahren im Vakuum behandelt werden. Bspw. werden Stähle für höchste An­ sprüche, besonders hinsichtlich Reinheit und genauer Einhaltung von Legierungs­ vorschriften, im Elektroverfahren, gegebenenfalls unter Vakuum, erzeugt.

Für die Vakuumbehandlung ist es üblich, eine separate Vakuumanlage zu ver­ wenden.

Das Dokument FR 2 675 411 offenbart einen Aufgabetrichter zum Stranggießen von flüssigem Metall, insbesondere Stahl, zwischen einer Gießpfanne und einer Gußform. Der Aufgabetrichter zeigt zwei Raumteile auf unterschiedlichem Höhen­ niveau, unter Verbindung durch einen schrägen Tunnel, wobei der tiefere Raumteil eine Zone zur Aufgabe von flüssigem Metall aus der Pfanne abgrenzt. Weiterhin sind Mittel zur Erzeugung eines Vakuums oberhalb des Schmelzbades im oberen Raumteil vorgesehen, der zumindest mit einer Ausgußtülle versehen ist. Mit die­ sem Arrangement ergibt sich die Möglichkeit, das flüssige Metall intensiv zu ent­ gasen. Es wird verhindert, daß sich die Schmelze wieder mit Gas und Feuchtigkeit anreichert, weil sie sich nicht länger im Kontakt mit atmosphärischer Luft während des Gießprozesses aus dem Zwischenbehälter in die Gußform befindet.

Das Dokument US 4,456,476 A beschreibt einen kontinuierlichen Prozeß zur Stahlherstellung, umfassend ein Schmelzbad in einem Drehrohrofen, der durch Zerstäuber-Brenner am Aufgabeende und am Austragende geheizt wird. Metalli­ sches Aufgabegut wird zunächst vorgeheizt, und zwar durch Wärmeübergang von Ofenabgas in einem angeschlossenen rekuperativen Zubringer und zwar vor des­ sen Einführung durch die Aufgabeöffnung. Metallschmelze wird durch ein Syphon- Rohr abgezogen, welches in das Schmelzbad eintaucht, und zwar durch das Ofenauslaßende in eine Vakuumkammer. Diese bildet einen Teil einer integrierten Vakuumkammer-Tundish-Kombination, umfassend eine Säule von geschmolze­ nem Metall unter Vakuum in einem Zweig, und einem Tundish-Schmelzbad unter Atmosphärendruck als dem zweiten Zweig, in Verbindung mit einem unterhalb der Schmelzen-Oberfläche vorhandenen Kanal. Sobald Schmelze aus dem Tundish durch ein Tauchrohr ausfließt, wird diese wieder aufgefüllt durch die Säule der Schmelze infolge unterdruck-induziertem Fluß durch das Syphon-Rohr, unter Ausgleich des Schmelzbad-Pegels in der Säule, wodurch dieser während des Stranggießvorganges konstant bleibt.

Bei den bekannten Vorrichtungen stellt sich ein vergleichsweise labiles Gleichge­ wicht nach Maßgabe des Vakuums ein, und zwar einerseits infolge der damit in­ duzierten Hebewirkung beim Zufluß der Schmelze und andererseits infolge des durch das Vakuum beeinflußten Abflusses der Schmelze durch das Tauchrohr in die Gußform.

Bspw. erfordert sowohl die Aufgaberate des aufzuschmelzenden Gutes in den Ofen, der Schmelzfluß zwischen Drehrohrofen und Vakuumkammer sowie der Abfluß der Schmelze durch das Tauchrohr in eine Kokille jeweils individuelle Re­ gelungen, weil sich die entsprechenden Parameter gegenseitig beeinflussen.

Darüber hinaus ist die Feuerfest-Auskleidung sowohl des schrägen Tunnels, als auch des Steigrohres zwischen Drehrohrofen und Tundish nur schwer be­ herrschbar und entzieht sich einer problemlosen Wartung. Aufgrund der kompli­ zierten geometrischen Abmessungen scheint daher die erforderliche Feuerfest- Auskleidung nur mit unwirtschaftlich hohem Aufwand realisierbar zu sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze während des Stranggießens in einer Stranggießanlage anzugeben, welche die vorgenannten Schwierigkeiten, Nach­ teile und technischen Grenzen überwindet und die Entgasung innerhalb des Tun­ dish mit wirtschaftlichen Mitteln ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An­ spruch 1 genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Schmelze zwischen ihrem Einlauf in den Tundish und dessen Auslauf über das Tauchrohr durch eine Vakuumkammer hindurchgeführt und dabei unter Einwirkung eines darin erzeug­ ten Vakuums beim Durchfluß eine Entgasung vorgenommen wird. Der Vorteil die­ ser Maßnahme liegt im wesentlichen in einer erheblichen Reduzierung von Anla­ genteilen und Platzbedarf. In Weiterbildung der Erfindung wird die Strömungsrate der Schmelze bei ihrem Durchfluß durch den Zwischenbehälter unabhängig von der Druckerniedrigung des Vakuums in der Vakuumkammer ausschließlich durch das Verhältnis vom regelbaren Zufluß und Abfluß der Schmelze im Tundish be­ stimmt. Durch die besondere, unkomplizierte Zuordnung der Pfanne für den Zufluß der Schmelze in den Tundish und der Vakuumkammer im Tundish wird eine ge­ genseitige Beeinflussung von Zufluß und Abfluß der Schmelze in Abhängigkeit der Höhe des Vakuums vermieden.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß durch einen unterhalb einer Va­ kuumkammer in den Boden des Tundish eingelassenen porösen Feuerfest-Körper Inertgas wie Argon, Helium oder ein anderes Inertgas in die Schmelze und durch diese hindurch eingeleitet wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß die Entgasung der Schmelze in einer den Auslauf des Tundish überdeckenden Vaku­ umkammer vorgenommen wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Schmelze unmittelbar nach ihrer Entgasung nicht mehr mit der Atmosphäre in Berührung kommt und daher nicht wieder mit Sauerstoff kontaminiert werden kann.

Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht weiter vor, daß die Entgasung der Schmelze in einer zwischen Zufluß und Abfluß der Schmelze vorhandenen Vakuumkammer vorgenommen wird. Dies ergibt eine besonders unkomplizierte Ausgestaltung des Verfahrens sowie die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Ent­ gasungsverfahren nachträglich in einem vorhandenen Tundish nachzurüsten.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahren sieht vor, daß die Schmelze in einer Vakuumkammer unter Verwendung einer diese bis auf einen Rest-Gasraum in zwei Abteilungen unterteilende Wand in eine U-förmige, den Rest-Gasraum tan­ gierende Umströmung gezwungen wird. Durch diese Ausgestaltung des Verfah­ rens kann problemlos und mit unkomplizierten Mitteln bei einer äußerst intensiven Entgasung der in der Kammer umlaufenden Schmelze jederzeit das Vakuum der Kammer bspw. der erforderlichen Ausflußrate durch das Tauchrohr angepaßt werden. Der Durchfluß müßte durch eine Badspiegelregelung im Tundish mittels Änderung des Unterdrucks in der Vakuumkammer geregelt werden, wenn die Wand durchgehend ist. Eine Badspiegelregelung kann ohne Änderung des Vaku­ ums vorgenommen werden, wenn die Wand aus zwei Wandteilen besteht, die ge­ geneinander parallel versetzt sind und aneinander vorbeigleiten.

Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik wird dadurch erreicht, daß nach einer weiteren Verfahrensausgestaltung der Zufluß der Schmelze in den Tundish durch ein Schattenrohr aus feuerfestem Material bei Atmosphärendruck und insbesondere unabhängig vom Aufbau eines Vakuums in einem Bereich des Tundish vorgenommen wird.

Eine Vorrichtung zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze während des Strang­ gießens in einer Stranggießanlage, insbesondere zur Durchführung des Verfah­ rens nach der Erfindung, umfassend eine Pfanne für die Stahlschmelze mit einer bevorzugt einstellbaren Ausgußöffnung oberhalb des Zuflußbereiches eines dar­ unter angeordneten, einen Abfluß mit einer eine einstellbare Auslauföffnung und ein Tauchrohr aufweisenden Tundish, zeichnet sich dadurch aus, daß der Tundish im Strömungsweg der Schmelze zwischen dem Zuflußbereich und dem Abfluß mit einer von der Schmelze durchströmbaren Vakuumkammer ausgebildet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind entsprechend den Merkmalen der Unteransprüche vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Erläuterung einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen Tundish mit zwischen Einlauf und Auslauf der Schmelze ange­ ordneter Vakuumkammer, im Schnitt,

Fig. 2, eine andere Ausgestaltung der Vakuumkammer im Tundish, wobei Fig. 2a diese nach Art einer Tauchglocke im Schmelzbad zwischen Leitwän­ den geführt ist, ebenfalls im Schnitt,

Fig. 3 eine den Auslauf des Tundish überdeckende Vakuumkammer, ebenfalls im Schnitt.

Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze 16 während des Stranggießens in einer Stranggießanlage, wobei Stahlschmelze un­ ter Atmosphärendruck aus einer Pfanne 1 einem Zwischenbehälter 2, dem soge­ nannten Tundish, aufgegeben und aus diesem in mengenregelbarem Fluß über ein Tauchrohr 3 in eine Kokille (nicht gezeigt) vergossen wird.

Die Schmelze 16 wird zwischen ihrem Einlauf 8 in den Tundish 2 und dessen Auslauf 9 über das Tauchrohr 3 durch eine Vakuumkammer 4 hindurchgeführt. Dabei wird unter Einwirkung eines darin erzeugten Vakuums beim Durchfluß eine Entgasung der Schmelze vorgenommen. Die Strömungsrate der Schmelze wird bei ihrem Durchfluß durch den Tundish 2 unabhängig von der Druckerniedrigung des Vakuums in der Vakuumkammer 4 ausschließlich durch das Verhältnis vom regelbaren Zufluß 8 und Abfluß 9 der Schmelze 16 im Tundish 2 bestimmt. Hierzu ist der Auslauföffnung 7 des Tundish 2 ein Einstellorgan wie Stopfenstange 18 oder Flachschieber zugeordnet.

Durch einen unterhalb einer Vakuumkammer 4 in den Boden 5 des Tundish 2 ein­ gelassenen porösen Feuerfest-Körper 6 wird Inertgas wie Argon, Helium oder ein anderes Inertgas in die Schmelze 16 und durch diese hindurch eingeleitet. Damit wird die Schmelze zusätzlich gereinigt.

Weiterhin kann von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß die Entgasung der Schmelze in einer den Auslauf 7 des Tundish 2 überdeckenden Vakuumkam­ mer 4 vorgenommen wird, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist.

Aus der Darstellung insbesondere der Zusammenschau von Fig. 1 und 3 wird deutlich, daß das Verfahren und die hierfür erforderliche Vorrichtung im Gegen­ satz zum Stand der Technik außerordentlich unkompliziert, übersichtlich und mit vergleichsweise geringen Investitions- und Wartungskosten verwirklichbar sind.

Fig. 2 zeigt in einer das Verfahren sowie auch die Vorrichtung darstellenden schematischen Zeichnung eine Ausführung, bei der die Schmelze in einer Vaku­ umkammer 4 unter Verwendung einer diese bis auf einen Rest-Gasraum 10 in zwei Abteilungen 11, 12 unterteilende Wand 13 in eine U-förmige, den Rest- Gasraum 10 tangierende Umströmung gezwungen wird. Der Strömungsweg der Schmelze 16 ist sowohl in Fig. 1, als auch in Fig. 2 und Fig. 3 mit 17 bezeichnet. Der durch den porösen Feuertest-Körper 6 in die Schmelzsäule einer Vakuum­ kammer 4 bzw. 4' eingeleitete Inertgas-Strom ist in Fig. 3 mit 24 bezeichnet.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung zeigt sich darin, daß der Zufluß 8 der Schmelze 16 in den Tundish 2 durch ein Schattenrohr 14 aus feuerfestem Material bei Atmosphärendruck und insbesondere unabhängig vom Aufbau eines Vakuums in einem Bereich des Tundish 2 vorgenommen wird. Hier­ aus ergibt sich ein besonders einfaches Arbeitsverfahren und entsprechende Ar­ beitsvorrichtung.

Bei der Entgasungsvorrichtung ist vorgesehen, daß die Vakuumkammer 4 in Strömungsrichtung 17 der Schmelze 16 hinter dem Zuflußbereich 8 und vor dem Abfluß 9 des Tundish 2 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein extrem unkompli­ zierter Aufbau der Vorrichtung. Mit gleichem Vorteil kann eine Vakuumkammer 4' oberhalb der Auslauföffnung 7 des Tundish 2 angeordnet sein, wie dies die Fig. 3 zeigt. Durch diese Anordnung wird vermieden, daß der bereits entgaste flüssige Stahl nochmals mit der freien Atmosphäre in Berührung kommt.

Eine Zusammenschau der Fig. 1 bis 3 zeigt darüber hinaus, daß unterhalb der Vakuumkammer 4, 4' im Boden 5 des Tundish 2 ein gasdurchlässiger Spülstein in Form eines Feuerfest-Körpers 6 zur Aufgabe von Inert-Spülgas angeordnet und an eine Gaszuführung 19 angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Vakuumkammer 4 nach Art einer Tauchglocke im Schmelzbad 16 zwischen durchströmbaren Leitwänden 20, 21 gehalten und ge­ führt ist sowie eine ihren Innenraum in zwei Abteilungen 11, 12 unterteilende Wand 13 besitzt. Die Wand 13 sitzt auf einem Damm 25 auf, so daß sich eine durchgehende Aufteilung des Innenraumes in die beiden Abteilungen 11, 12 er­ gibt.

Mit dieser Vorrichtung wird eine besonders intensive Entgasung verwirklicht. Die Vakuumkammer 4 ist über eine bevorzugt flexible Vakuumleitung 22 mit einer Evakuierungsvorrichtung verbunden. Durch Änderung des Unterdrucks in der Va­ kuumkammer erfolgt eine Badspiegelregelung im Tundish.

Eine Badspiegelregelung kann auch ohne Änderung des Vakuums vorteilhaft vor­ genommen werden; hierzu müßte die Wand 13 parallel versetzt zum Damm 25 angeordnet sein, so daß Wand und Damm aneinander vorbeigleiten können. Dann kann durch Heben bzw. Senken der Vakuumkammer 4 eine spontane Verände­ rung des Vakuums bewirkt werden (Fig. 2a).

Claims (16)

1. Verfahren zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze (16) während des Stranggießens in einer Stranggießanlage, wobei Stahlschmelze aus einer Pfanne (1) einem Zwischenbehälter (2), dem sogenannten Tundish, aufgege­ ben und aus diesem in mengenregelbarem Fluß über ein Tauchrohr (3) in eine Kokille vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze (16) zwischen ihrem Einlauf (8) in den Tundish (2) und des­ sen Auslauf (9) über das Tauchrohr (3) durch eine Vakuumkammer (4) hin­ durchgeführt und dabei unter Einwirkung eines darin erzeugten Vakuums beim Durchfluß eine Entgasung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrate der Schmelze bei ihrem Durchfluß durch den Zwi­ schenbehälter (2) unabhängig von der Druckerniedrigung des Vakuums in der Vakuumkammer (4) ausschließlich durch das Verhältnis vom regelbaren Zufluß (8) und Abfluß (9) der Schmelze (16) im Tundish (2) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen unterhalb der Vakuumkammer (4) in den Boden (5) des Tun­ dish (2) eingelassenen porösen Feuerfest-Körper (6) Inertgas wie Argon, Heli­ um oder ein anderes Inertgas in die Schmelze (16) und durch diese hindurch eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung der Schmelze (16) in einer den Auslauf (7) des Tundish (2) überdeckenden Vakuumkammer (4') vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung der Schmelze (16) in einer zwischen Zufluß (8) und Abfluß (9) der Schmelze vorhandenen Vakuumkammer (4) vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in einer Vakuumkammer (4) unter Verwendung einer diese bis auf einen Rest-Gasraum (10) in zwei Abteilungen (11, 12) unterteilende Wand (13) in eine U-förmige, den Rest-Gasraum (10) tangierende Umströ­ mung gezwungen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (8) der Schmelze (16) in den Tundish (2) durch ein Schatten­ rohr (14) aus feuerfestem Material bei Atmosphärendruck und insbesondere unabhängig vom Aufbau eines Vakuums in einem Bereich des Tundish (2) vorgenommen wird.

8. Vorrichtung zur Vakuum-Entgasung von Stahlschmelze während des Strang­ gießens in einer Stranggießanlage, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, umfassend eine Pfanne (1) für die Stahlschmelze (16) mit einer Ausgußöffnung (15) oberhalb des Zuflußbereichs (8) eines darunter angeordneten, einen Abfluß (9) mit einer eine Auslauföff­ nung (7) mit einem Tauchrohr (3) aufweisenden Tundish (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Tundish (2) im Strömungsweg (17) der Schmelze zwischen dem Zu­ flußbereich (8) und dem Abfluß (9) mit einer von der Schmelze (16) durch­ strömbaren Vakuumkammer (4) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauföffnung (7) des Tundish (2) ein Einstellorgan wie Stopfenstan­ ge (18) oder Flachschieber zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (4) in Strömungsrichtung (17) der Schmelze (16) hin­ ter dem Zuflußbereich (8) und vor dem Abfluß (9) des Tundish (2) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumkammer (4') oberhalb der Auslauföffnung (7) des Tundish (2) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Vakuumkammer (4, 4') im Boden (5) des Tundish (2) ein gasdurchlässiger Spülstein in Form eines Feuerfest-Körpers (6) zur Aufgabe von Inert-Spülgas angeordnet und an eine Gaszuführung (19) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (4) nach Art einer Tauchglocke im Schmelzbad (16) zwischen durchströmbaren Leitwänden (20, 21) gehalten und geführt ist sowie eine ihren Innenraum in zwei Abteilungen (11, 12) unterteilende Wand (13) be­ sitzt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) auf einen vom Boden (5) des Tundish (2) aufstehenden Damm (25) aufsetzbar ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) und der Damm (25) seitlich gegeneinander derart parallel versetzt sind, daß die Wand (13) am Damm (25) entlang verfahrbar ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (4) über bevorzugt eine flexible Vakuumleitung (22) mit einer Evakuierungsvorrichtung verbunden ist.