DE3536879A1

DE3536879A1 - Verfahren zum regeln von stranggiessbedingungen

Info

Publication number: DE3536879A1
Application number: DE19853536879
Authority: DE
Inventors: Renato Guidonia Montecelio Rom/Roma D'Angelo; Aldo Ramacciotti; Eugenio Repetto; Pietro Rom/Roma Tolve
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Acciai Speciali Terni SpA
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1986-05-07
Also published as: US4645534A; CA1252268A; GB2166072A; IT8449069A1; BE903517A; FR2572316A1; ES8608967A1; ATA296785A; DE3536879C2; GB8526280D0; NL8502902A; FR2572316B1; DD239733A5; IT8449069A0; ES547981A0; JPS61103654A; IT1178173B; GB2166072B; AT396758B

Description

CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO S.p.A. Via di Castel Romano 100 - 102
1-00129 Rom, Italien

Case C 157
Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen. Insbesondere befaßt sie sich mit Einrichtungen zum Überwachen und Regeln der Temperatur des flüssigen Stahls in der Gießpfanne und/oder dem Zwischengefäß sowie in der Düse.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Moderne Stranggießverfahren insbesondere solche mit höheren Gießgeschwindigkeiten und Versuche zum Optimieren der Qualität auf der Oberfläche und in der Mitte der auf diese Weise erhaltenen Zwischenprodukte (Halbzeug) erfordern eine sehr enge Regelung der Bedingungen während des Ablaufs dieser Vorgänge.

gO Einer der Hauptparameter ist die Stahlgießtemperatur, die innerhalb eines sehr engen Bereiches oberhalb der Verfestigungstemperatur gehalten werden muß.

Andererseits ist das Stranggießen von Stahl ein sehr gg bekanntes und weit verbreitetes und praktiziertes Verfahren. Die meisten technologischen und wirtschaftlichen Stufen in der Sicherstellung höherer Gießgeschwindigkeiten und besserer Qualität der Stranggießzwischenprodukte

(d.h. weniger Segregation (Seigerung) sowie eine kleinere Anzahl von Oberflächendefekten und inneren Fehlern wie Rissen, axiale Porosität und dergleichen sowie Verfestigungsstrukturen) haben nicht wirklich bisher eine zufriedenstellende Antwort gefunden.

Die Lösung dieser Probleme ist jedoch von vorherrschender Wichtigkeit, nicht nur wegen der wünschenswerten Verbesserung der Qualität sondern auch wegen den weiteren technologischen Entwicklungen, die daraus resultieren können. So wird beispielsweise die Möglichkeit, die Praxis des direkten Walzens der Stranggießzwischenprodukte auszuweiten, die zur Zeit nur von wenigen Stahlherstellern eingesetzt wird oder auch die Möglichkeit eines Stranggießens dünner Produkte (d.h. solchen von wenigen Zentimetern Dicke), die direkt in warme Bänder gewalzt werden sollten in Wirklichkeit als radikale Innovation angesehen, welche bei der Stahlindustrie zu ganz beachtlichen wirtschaftlichen Vorteilen führen würden, die dazu beitragen würden, sie aus der heutigen äußerst kritischen Situation herauszuführen.

Allgemein gesagt, kann man vernünftigerweise annehmen, daß der größte Teil der die Stranggießzwischenprodukte beeinflussenden Qualitätsprobleme zurückzuführen sind auf Schwankungen oder Veränderugnen in den Stranggießbedingungen. Zwei der universell als die wichtigsten anerkannten Arbeitsbedingungen sind die Temperatur sowie die Fließzeit bzw. Fließgeschwindigkeit des flüssigen Stahls, wenn dieser die Form der Stanggießmaschine erreicht. Es wird als wesentlich angesehen, sicherzustellen, daß diese Parameter so konstant wie möglich sind.

Wo es um Temperatur jedoch geht, wird klar, daß der Stahl bei einer Temperatur vergossen werden muß, die höher als die des Liquidus liegt. Dieser Unterschied in der Temperatur, bekannt als Überhitzung (sog. "superheat") muß groß genug sein, damit der reguläre Gießbetrieb fortschreiten kann, gleichzeitig muß er jedoch so klein wie

möglich aus zwei Gründen sein. Der erste ist darin zu sehen, daß die Kosten des Anhebens der Temperatur im Elektroofen hoch sind, und zwar aufgrund des relativ niedrigen Leistungsvermögens bzw. Wirkungsgrades dieser Einheit, der nämlich um 30 % liegt. Der zweite ist darin zu sehen, daß das Verfestigungsverfahren des Stahls in der Form einen merklichen Einfluß auf die Qualität der resultierenden Zwischenprodukte hat, wobei die Verfestigung . ihrerseits wieder durch die Überhitzung (superheat) beeinflußt wird und korrekterweise als der fundamentale Parameter, der die Endstruktur regelt, angesehen wird. Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere eine Überhitzung von weniger als 10° die Situation hinsichtlich der Seigerung ganz erheblich verbessert.

Ein anderer wichtiger Parameter ist die Gleichförmigkeit der Temperatur des vergossenen Stahls. Es hat sich herausgestellt, daß Schwankungen der Temperatur während des Stranggießens zu ungleichförmiger Verfestigung führen, was wiederum zur Bildung von Oberflächenlängsrissen und Porosität der Risse in der Mitte führt. Beim Hochgeschwindigkeitsstranggießen jedoch führen übermäßige Überhitzung und mögliche Temperaturschwankungen zur nichtzufriedenstellenden Bildung einer festen Haut. Es bleibt also die Gefahr von Rissen, insbesondere in Ecken oder sogar Ausbrüchen, sog. "breakouts".

Aus dieser Kurzübersicht ergibt sich, daß das Stranggießen bei einer bekannten Überhitzung durchgeführt

QQ werden muß, das so niedrig wie möglich angesetzt wird. Unter diesen Bedingungen jedoch besteht die Gefahr, daß der Stahl, bevor er vergossen wird, sich verfestigt, insbesondere in Zonen, wo die Wärmestreuung am größten ist, wie beispielsweise in der Düse.

ge Je niedriger die Überhitzung, desto größer ist diese Gefahr.

-.αϊ Die für dieses Problem bisher vorgeschlagenen Lösungen waren nicht vollständig zufriedenstellend aus einer Vielzahl von Gründen. Es wurde beispielsweise vorgeschlagen, daß der Stahl in der Gießpfanne oder dem Zwischengefäß mittels Bogenelektroden oder mittels Widerständen heißgehalten werden soll, wobei diese in den Wandungen dieser Behälter verdeckt angeordnet sind. Trotz des niedrigen Warmewxrkungsgrades dieser Systeme, die sie zu teuer machen, verbleibt das Problem der Verfestigung des Stahls in der Düse, was immer möglich ist, zumindest bei Beginn des Gießvorgangs, wenn die Überhitzung auf geeignet niedrigem Niveau gehalten wird.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten mittels eines einfachen wirksamen Verfahrens zu überwinden, das es möglich macht, daß der Stahl aus dem Ofen bei einer beachtlich niedrigen Temperatur abgestochen wird und dieser Stahl bei einer festen Minimumüberhitzung im Strang vergossen wird und hierdurch ein teilweises oder vollständigem Blockieren der Düse durch den verfestigten Stahl vermieden wird und möglicherweise die Bildung nicht-metallischer Einschlüsse in der Düse verzögert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei einer Stahlstranggießanlage, wo der Stahl aus dem Ofen in eine Gießpfanne abgestochen wird, aus der er in das Zwischengefäß vergossen wird, aus dem er in die Stranggießform über einen sog. getauchten"Snorkel" geliefert wird, ist das Verfahren nach der Erfindung überraschend gekennzeichnet dadurch, daß der in wenigstens einem der Behälter - Zwischengefäß oder Gießpfanne in Strömungsrichtung vor der Stranggießdüse befindliche flüssige Stahl einer Strahlung oder Konvektion aus einer elektrischen Heizquelle ausgesetzt wird und durch

die Tatsache, daß ein Strom veranlaßt wird, durch den flüssigen Stahl zwischen dieser Heizeinrichtung und der Stranggießform zu fließen.

Alternativ, wenn als möglich und notwendig angesehen, kann der Strom zwischen dieser Heizeinrichtung und einem geeigneten abströmseitig befindlichen Element, beispielsweise der oder den Düsenteilen der Stranggießmaschine strömen, die in Strömungsrichtung hinter der Form oder dem vergossenen verfestigten Zwischenprodukt selbst angeordnet sind, fließen. Diese alternativen Lösungen liegen im Rahmen der Erfindung, da, wie oben ganz deutlich gemacht, die Tatsache, daß der Strom mit adäquaten Amperewerten auch durch den Stahl fließt, der durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Form strömt, von ganz besonderer Wichtigkeit gemäß der Erfindung ist.

Die elektrische Heizeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Plasmabogenbrenner (transferred arc plasma torch) wegen seines hohen Warmewirkungsgrades und den vielen Regelmöglichkeiten.

Schließlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, den durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Form fließenden Stahl einem direkten magnetischen Feld senkrecht zur Strömungsrichtung des Stahls auszusetzen, so daß dieses magnetische Feld zusammen mit dem hierzu senkrechten Stromfluß Kräfte hervorruft, die den Stahl innerhalb der Düse beaufschlagen bzw. durchrühren und so den Aufbau nicht-metallischer Einschlüsse verhindern, die dort zu einem Blockieren führen würden; indem man in geeigneter Weise dieses magnetische Feld und/oder den in der Düse fließenden Strom einstellt, wird es auch möglich, eine gewisse Kontrolle über die Flxeßgeschwindigkeit oder Fließzeit des durch die Düse gehenden Stahls auszuüben.

-Αχ Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird es also möglich, daß die zu regelnde Gießtemperatur innerhalb des optimalen Bereichs und gegen die niedrigst zulässigen Werte eingestellt werden kann, indem Wärme in der Gießpfanne und/oder dem Zwischengefäß oder auch in der Düse zugeführt wird.

Als besonderer Vorteil ist anzusehen, daß eine regelmäßigere Strömung des Stahls durch die Düse hindurch stattfindet.

Als weitere Maßnahmen und/oder Vorteile der Erfindung sind zu nennen:

- die Möglichkeit, Stahl aus dem Ofen bei minimaler Überhitzung abzustechen, die mit den Haltezeiten zwischen dem Abstechen und dem Stranggießen noch kompatibel sind;

- die Möglichkeit, eine minimale konstante Überhitzung während des Gießens aufrechtzuerhalten;

- Aufrechterhaltung dieser Überhitzung bei minimalen Betriebskosten wegen des hohen Wärmewirkungsgrades des Plasmabrenners;

- aufgrund der Tatsache, daß mittels des Plasmabrenners (transferred arc torch) Strom mit hohen Amperewerten durch den flüssigen Stahl, insbesondere den durch die Düse fließenden Stahl geht, wird es möglich, den Joule-Effekt auszunutzen, um eine zusätzliche Erwärmung des Stahls in der Düse sicherzustellen und auch ein Blockieren durch den Stahl zu vermeiden, der sonst aufgrund der minimalen Überhitzung sich verfestigen könnte.

Ein Regeln der Temperatur des flüssigen Stahls bevor er in die Form, insbesondere in die Zwischengefaßdüse, eintritt, wird natürlich durch an sich bekannte Einrichtungen sichergestellt, wodurch somit auch die Plasmabrennerarbeitsparameter, nämlich Spannung, Strom, Gas-

Strömung und Entfernung vom Bad geregelt werden, so daß der Überhitzungswert konstant gehalten wird.

Wie vorher dargelegt, ist ein anderer wichtiger Parameter, der die Zwischenproduktqualität beherrscht, die Gleichförmigkeit der Temperatur. Während des Stranggießens, insbesondere bei großen Anlagen, können natürlich Temperaturdifferenzen, selbst innerhalb der Gießpfanne selbst, auftreten. Diese Inhomogenität wird unvermeidlicherweise

XO auf die Form übertragen, wodurch sämtliche der Vorteile, die sich aus der Erfindung herleiten lassen, zu null werden. Die Verwendung eines besonderen Zwischengefäßes wie er in der italienischen Patentschrift ... (italienische Patentanmeldung 48151 A/84 - entsprechend der deutschen Patent-

IQ anmeldung P 35 14 539.0 auf den Namen Centro Sperimentale) beschrieben ist, sichert eine ausgezeichnete Homogenisierung der flüssigen Stahlzusammensetzung und Temperatur und eliminiert vollständig die erwähnten Nachteile.

Ausführungsbeispiel

In einer Reihe praktischer Versuche nach der Erfindung, die im Industriemaßstab bei einer 25 t/h Stranggießanlage vorgenommen wurden, war es möglich, die Überhitzung im Ofen um 40 C abzusenken und den Stahl einer Reihe von Behandlungen in der Pfanne auszusetzen und ihn im Zwischengefäß bei einer konstanten Überhitzung von 7 - 8°C zu halten, während der Joule-Effekt ausgenutzt wird, um eine zusätzliche Erwärmung in der Düse zwischen 1 und 10⁰C

OQ nach Wunsch zur Verfügung zu stellen.

Versuche an einer Stranggießanlage mit 50 t/h haben die Möglichkeit demonstriert ähnliche Ergebnisse unter Verwendung höherer Ströme natürlich zu erhalten.

Aufgrund der begrenzten Leistung des zur Verfügung stehenden Brenners war es nicht möglich, an größeren Stranggießanlagen zu arbeiten. Die Projektion verfügbarer Daten auf eine Stranggießanlage mit einer Kapazität von 150 t/h Strang zeigen die Brauchbarkeit, einen Temperaturanstieg von 1 - 2 C in der Düse durch den Joule-Effekt bei Strömen um 15 000 A. zu erhalten, während auch die Überhitzung in dem Zwischengefäß und/oder der Gießpfanne mit einem Brenner adäquater Kapazität vermindert und geregelt wurde bzw. würde.

Aus diesen Vorversuchen läßt sich herleiten, daß bei einem Arbeiten gemäß der Erfindung eine merkliche Verbesserung in der Seigerung, eine Verminderung von wenigstens 30 % im Dendritenwachstum sich ergibt, daß fast vollständig axiale Defekte, wie Porosität oder Schrumpfhohlräume eliminiert werden und darüber hinaus merklich - um 50 % - Risse auf den Flächen und Ecken der resultierenden Stranggießzwischenprodukte abnehmen.

Claims

European Patent Attorneys Deutsche Patentanwälte Dr. Paul Deufel Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr. Miiller-Bore und Partner > POB 260247 > D-8000 München 26 " ' SCllOn Dipl.-Chem. Werner Hertel Dipl.-Phys. Dietrich Lewald Dipl.-Ing. Dr. Ing. Dieter Otto Dipl.-Ing. Brit. Chartered Patent Agent B. David P. Wetters M.A. (Oxon) Ch. Chem. M. R. S. C. C 3566 Lw/Ge Case C 157 CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO S.p.A. Via di Castel Romano 100 - 102 1-00129 Rom, Italien Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen, wobei der aus dem Ofen abgestochene Stahl in eine Gießpfanne gegeben wird und aus dieser an der Stranggießstation in wenigstens ein Zwischengefäß ausgetragen wird, aus dem er in die Stranggießform über eine getauchte Düse gefördert wird,
dadurch gekennzeichnet , daß der in wenigstens einem der Behälter in Strömungsrichtung vor der Gießform befindliche Stahl Strahlung und Konvektion aus einer elektrischen Heizeinrichtung ausgesetzt wird und daß ein elektrischer Strom veranlaßt wird, durch den flüssigen Stahl aus der Heiz-

D-8000 München 2 POB 26 0247 Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

einrichtung zu einer Rückführung zu gehen, die in Strömungsrichtung hinter der Gießeinrichtung sich befindet.

2. Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß diese Heizeinrichtung ein Plasmabogenbrenner, ein sog. "transferred arc plasma torch", ist.

3. Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromrückführung hinter dieser Heizeinrichtung über die Stranggießform erfolgt.

4. Verfahren zum Regeln von Stranggießbedingungen nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Düse zwischen Zwischengefäß und Stranggießform fließende Stahl nicht nur dem Stromdurchgang, sondern auch einem direkten magnetischen

Feld senkrecht zum Stahlstrom ausgesetzt wird.