DE3878121T2 - METHOD FOR CONTINUOUSLY casting a METAL MELT. - Google Patents
METHOD FOR CONTINUOUSLY casting a METAL MELT.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen einer Metallschmelze, speziell, aber nicht ausschließlich von Stahl, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for continuously casting a molten metal, especially but not exclusively steel, according to the preamble of claim 1.
Das Stranggießen ist eine seit langem bekannte Gießmethode, die darin besteht, daß man eine Metallschmelze ununterbrochen in eine Kokille ohne Boden gießt. Die Wände der Kokille werden stark gekühlt; daraus resultiert eine rasche Abkühlung des gegossenen Metalls und die Bildung einer erstarrten Haut, deren Dicke in dem Ausmaß zunimmt, wie das Metall in der Kokille fortschreitet. An deren Ausgang passiert der teilweise erstarrte Strang eine Zone der sogenannten Sekundärkühlung, wo er sich fortbewegt und seine Erstarrung erreicht. Um die Fortbewegung des Stranges zu erleichtern, wird die Kokille im allgemeinen in eine Vibrationsbewegung in Richtung ihrer Längsachse versetzt.Continuous casting is a long-established casting method which consists in pouring a molten metal continuously into a mold without a bottom. The walls of the mold are cooled to a high degree, resulting in rapid cooling of the cast metal and the formation of a solidified skin, the thickness of which increases as the metal advances in the mold. At the exit of the mold, the partially solidified strand passes through a zone of so-called secondary cooling, where it advances and solidifies. To facilitate the advancement of the strand, the mold is generally set in a vibrating motion in the direction of its longitudinal axis.
Die oberflächliche Erstarrung des Metalls in der Kokille bringt die Anwesenheit zweier verschiedener Metalloberflächen mit sich, die unterschiedliche Temperaturen haben und die zueinander in diskontinuierliche Bewegung gesetzt sind. Die Kontaktzone dieser Fläche ist Sitz für ernsthafte Reibungsprobleme.The superficial solidification of the metal in the mold entails the presence of two different metal surfaces that have different temperatures and that are in discontinuous motion relative to each other. The contact zone of this surface is the seat of serious friction problems.
Um das Fortschreiten des Metalls in der Kokille zu begünstigen, ist es gängige Praxis, sie mittels eines Pulvers mit relativ tiefem Schmelzpunkt zu schmieren, das man auf die obere Fläche des gegossenen Metalls in der Kokille aufbringt. Unter der Wirkung der hohen Temperatur der Metallschmelze schmilzt das ein Schmiermittel enthaltende Pulver und fließt zwischen die Kokillenwand und das in Erstarrung befindliche Metall. Es kann jedoch vorkommen, daß das geschmolzene Pulver seine Eigenschaften, und zwar insbesonders seine Fluidität, vollständig oder teilweise verliert, bevor es den Unterteil der Kokille erreicht. Dieses Phänomen kann beispielsweise auf die Mitnahme von aus der Metallschmelze stammenden festen Teilchen zurückzuführen sein. Diese festen Teilchen sind im allgemeinen Feuerfeststoffe, z.B. Aluminiumoxideinschlüsse, und bewirken eine Erhöhung des Schmelzpunkt des Pulvers; dieses erstarrt ungleichmäßig, und die Schmierung der Kokille verliert ihren hydrodynamischen Charakter.In order to facilitate the progression of the metal in the mould, it is common practice to lubricate it by means of a powder with a relatively low melting point, which is applied to the upper surface of the cast metal in the mould. Under the effect of the high temperature of the molten metal, the powder containing a lubricant melts and flows between the mould wall and the metal in the process of solidification. However, it may happen that the molten powder loses all or part of its properties, in particular its fluidity, before reaching the bottom of the mould. This phenomenon may be due, for example, to the entrainment of solid particles originating from the molten metal. These solid particles are generally refractory materials, such as alumina inclusions, and cause an increase in the melting point of the powder; this solidifies. uneven and the lubrication of the mold loses its hydrodynamic character.
Außerdem weist das gegossene Metall in der unteren Zone der Kokille eine relativ dicke erstarrte Haut auf, die eine niedrigere Temperatur als die Metallschmelze hat. Die Innenwand der Kokille erfährt nur noch eine verhinderte Erwärmung, und infolge ihrer kräftigen Kühlung bleibt ihre Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Pulvers. Diese Innenwand bedeckt sich also mit einer Schicht erstarrten Pulvers, die dem Schmiermittelfilm hinderlich entgegensteht und daher dessen Wirksamkeit vermindert.In addition, the cast metal in the lower zone of the mold has a relatively thick solidified skin, which has a lower temperature than the molten metal. The inner wall of the mold only experiences a prevented heating and, as a result of its strong cooling, its temperature remains below the melting point of the powder. This inner wall is therefore covered with a layer of solidified powder, which hinders the lubricant film and therefore reduces its effectiveness.
Diese Wirkung wird noch durch die Tatsache verschlimmert, daß das teilweise erstarrte Metall in der betrachteten Zone der Kokille einer Schrumpfung unterliegt, die die Unterbrechung des Kontakts zwischen erstarrter Haut und Kokillenwand hervorruft. Zwischen ihnen bildet sich eine Schicht isolierender Luft, die der Wärmeübertragung von Metallschmelze zur Konkillenwand entgegensteht und daher die Erstarrung des Pulvers begünstigt.This effect is aggravated by the fact that the partially solidified metal in the zone of the mold in question is subject to shrinkage, which causes the contact between the solidified skin and the mold wall to be broken. A layer of insulating air forms between them, which prevents the heat transfer from the molten metal to the mold wall and therefore promotes the solidification of the powder.
Unter diesen Bedingungen ist die Schmierung des Unterteils einer Stranggußkokille im allgemeinen nicht zufriedenstellend gewährleistet. Daraus ergibt sich ein wesentlicher Nachteil, was die Qualität des gegossenen Produkt betrifft, dessen Oberfläche verschiedene Mängel wie Schrumpfrisse oder Erstarrungsmarken aufweisen kann.Under these conditions, the lubrication of the lower part of a continuous casting mould is generally not ensured satisfactorily. This results in a significant disadvantage as regards the quality of the cast product, the surface of which may exhibit various defects such as shrinkage cracks or solidification marks.
In der BE-A-899 544 wurde schon ein Verfahren zum Schmieren einer Stranggußkokille vorgeschlagen, indem man ein Schmiermittel durch eine Öffnung einbringt, die in der Kokillenwand ausgespart ist. Dieses Patent offenbart ein Schmiermittel, das vorzugsweise in Stangenform vorliegt. Die Anwendung dieses Verfahren erwies sich jedoch als unbequem wegen der Schwierigkeit, zufriedenstellende Schmiermittelstangen herzustellen und eine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr in dieser Form zu gewährleisten. Außerdem erfordert das Verfahren das Vorheizen des Schmiermittels, was die Anlage kompliziert und die Betriebskosten erhöht.In BE-A-899 544 a method has already been proposed for lubricating a continuous casting mold by introducing a lubricant through an opening cut out in the mold wall. This patent discloses a lubricant which is preferably in rod form. However, the application of this method has proved inconvenient due to the difficulty of producing satisfactory lubricant rods and of ensuring a continuous supply of lubricant in this form. In addition, the method requires preheating the lubricant, which complicates the installation and increases operating costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren des in der Einleitung erwähnten Typs vorzuschlagen, das jedoch nicht die oben angegebenen Nachteile der Durchführung aufweist. 3The object of the present invention is to propose a method of the type mentioned in the introduction, but which does not have the disadvantages of implementation mentioned above. 3
Das erfindungsgemäße Verfahren verursacht insbesonders kein Problem bei der Gewährleistung einer kontinuierlichen Zufuhr des Schmiermittels, und dessen Vorwärmung ist nicht erforderlich.In particular, the method according to the invention causes no problem in ensuring a continuous supply of the lubricant and its preheating is not required.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Stranggießen eines geschmolzenen Metalls, bei dem man in die Kokille durch mindestens eine in der Wand der genannten Kokille ausgesparte Passieröffnung hindurch ein Schmiermittel einbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schmiermittel in Form von in wesentlichen runden Kügelchen mit einem Durchmesser von höchstens 1,5 mm einsetzt.According to the invention, a method for continuously casting a molten metal, in which a lubricant is introduced into the mold through at least one passage opening cut out in the wall of said mold, characterized in that a lubricant is used in the form of substantially round balls with a diameter of at most 1.5 mm.
Tatsächlich zeigte sich im Lauf von Versuchen, daß ein Durchmesser von 1,5 mm eine vernünftige Obergrenze hinsichtlich Erweichungs- und Schmelzdauer der Kügelchen sowie ihrer leichten Transportierbarkeit und Verwendbarkeit bildet.In fact, during the course of tests it was shown that a diameter of 1.5 mm represents a reasonable upper limit in terms of the softening and melting time of the beads as well as their ease of transport and use.
Gemäß einem speziellen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Durchmesser der Kügelchen zwischen 20 um und 800 um.According to a special feature of the process according to the invention, the diameter of the beads is between 20 µm and 800 µm.
Ebenfalls gemäß der Erfindung bestehen die Kügelchen aus Glas und vorzugsweise aus einem Natronkalkglas. Diese in der Technik wohlbekannte Glasart wird insbesonders zur Herstellung von Flachglas verwendet.Also according to the invention, the beads consist of glass and preferably of a soda-lime glass. This type of glass, which is well known in the art, is used in particular for the production of flat glass.
Immer noch erfindungsgemäß weist das Schmiermittel eine Erweichungsanfangstemperatur zwischen 400ºC und 800ºC auf.Still according to the invention, the lubricant has a softening initial temperature between 400ºC and 800ºC.
Erfindungsgemäß führt man die Schmiermittelkügelchen durch Leitungen ein, die in die Wände der Kokille eingeführt sind und in dem Zwischenraum zwischen Kokillenwand und gegossenem Metall münden.According to the invention, the lubricant beads are introduced through pipes that are inserted into the walls of the mold and open into the space between the mold wall and the cast metal.
Es erwies sich auch als vorteilhaft, die Zufuhrrate des Schmiermittels in Abhängigkeit von der Zufuhrrate des geschmolzenen Metalls, insbesonders dem Stahldurchsatz, einzustellen, um einen dauerhaften zufriedenstellenden Schmiereffekt zu gewährleisten.It has also been found advantageous to adjust the feed rate of the lubricant depending on the feed rate of the molten metal, in particular the steel throughput, in order to ensure a permanent satisfactory lubricating effect.
Im Prizip kann die Zufuhr der Schmiermittelkügelchen durch ein natürliches Fließen gewährleistet werden. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung erwies es sich jedoch als interessant, diese Zufuhr unter Druck auszuführen, insbesonders um jedem Risiko der Verstopfung von Zufuhröffnungen vorzubeugen.In principle, the supply of lubricant beads can be ensured by a natural flow. However, according to a specific embodiment of the invention, it has proved interesting to carry out this supply under pressure, in particular to prevent any risk of clogging of supply openings.
Ein Ausführungsbeispiel ermöglicht es, verschiedene Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden sind, aufzuzeigen.An embodiment makes it possible to demonstrate various advantages associated with the method according to the invention.
Man goß quadratische Barren mit 220 mm Seitenlänge aus einem Stahl, der 0,8 % C enthielt. Die Stahltemperatur war etwa 1500ºC. In einem Abstand von etwa 10 cm unterhalb des Niveaus des Meniskus waren 12 Injektoren angeordnet, die jeweils einen Auslaßquerschnitt von 12 mm² hatten, und zwar zwei Injektoren pro Seite und ein Injektor in jedem Winkel der Kokille. Diese Injektoren wurden aus Druckluftzylindern über Rohre aus rostbeständigem Stahl mit 6 mm Innendurchmesser gespeist. Durch diese Injektoren führte man Glaskügelchen mit einer Korngröße zwischen 100 um und 200 um in einer Gesamtzufuhrrate von 0,5 kg/min zu. Die Kügelchen bestanden aus einem Natronkalkglas, das folgende Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht, hatte: Square bars with sides of 220 mm were cast from a steel containing 0.8% C. The steel temperature was about 1500ºC. At a distance of about 10 cm below the level of the meniscus, 12 injectors were arranged, each with an outlet cross-section of 12 mm², two injectors per side and one in each corner of the mold. These injectors were fed from compressed air cylinders through stainless steel tubes with an internal diameter of 6 mm. Glass beads with a grain size between 100 µm and 200 µm were fed through these injectors at a total feed rate of 0.5 kg/min. The beads consisted of a soda-lime glass having the following composition by weight:
Seine Erweichungsanfangstemperatur war 570ºC.Its softening onset temperature was 570ºC.
Unter diesen Bedingungen erzielte man mit einer festen, d.h. nicht in Vibrationen versetzten Kokille eine Gießgeschwindigkeit von 1,2 m/min mit einem Stahldurchsatz, der 30 % größer war als jener, den man in einer vibrierenden Kokille ohne erfindungsgemäße Schmierung erreicht hätte.Under these conditions, a casting speed of 1.2 m/min was achieved with a fixed, i.e. non-vibrating, mold, with a steel throughput that was 30% higher than that which would have been achieved in a vibrating mold without lubrication according to the invention.
Die erhaltenen Produkte wiesen eine vollkommen glatte Oberfläche auf, die weder Schrumpfungsrisse noch 0szillationsmarken hatte.The products obtained had a completely smooth surface with neither shrinkage cracks nor oscillation marks.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Verbesserung der Oberflächenqualität von Stranggußprodukten; es ermöglicht auch eine Steigerung der Gießgeschwindigkeit, ohne die Sicherheit des Gusses zu beeinträchtigen, d.h. ohne das Risiko von Durchbrüchen zu erhöhen. Es trägt so zu einer Verbesserung der Produktivität von Gießanlagen bei.The method according to the invention enables an improvement in the surface quality of continuously cast products; it also enables an increase in the casting speed without compromising the safety of the casting, i.e. without the risk of breakthroughs. It thus contributes to improving the productivity of casting plants.
Außerdem ist die erforderliche Anlage einfach, da sie keinen Vibrationsmechanismus für die Kokille mehr aufweist; schließlich ist es nicht mehr nötig, eine Einrichtung zum Vorheizen des Schmiermittels vorzusehen.In addition, the required system is simple since it no longer has a vibration mechanism for the mould; finally, it is no longer necessary to provide a device for preheating the lubricant.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht auch keine Schwierigkeiten bei der Durchführung, da die verwendeten Kügelchen ein in einem weiten Korngrößenbereich industriell verfügbares Produkt darstellen. Wegen ihrer Kugelform fließen die Kügelchen ohne Schwierigkeit in den Leitungen, und es besteht selbst im Fall eines unvollständigen Schmelzens keine Gefahr, daß die Wände der Kokille zerkratzt werden.The process according to the invention also presents no difficulties in implementation, since the beads used are a product that is industrially available in a wide range of grain sizes. Because of their spherical shape, the beads flow easily in the pipes and there is no risk of scratching the walls of the mold even in the event of incomplete melting.
Schließlich kann die Zusammensetzung der Kügelchen zum Zeitpunkt ihrer Herstellung leicht angepaßt werden, um verschiedene Bedingungen zu berücksichtigen, wieFinally, the composition of the beads can be easily adjusted at the time of their manufacture to take into account different conditions, such as
- die Eignung, ohne Vorheizen zu erweichen und zu schmelzen;- the ability to soften and melt without preheating;
- die Eignung, eine heiße Oberfläche, z.B. eine Stahlhaut mit einer Temperatur im Bereich von 1200ºC, zu benetzen;- the ability to wet a hot surface, e.g. a steel skin with a temperature in the range of 1200ºC;
- eine ausreichend niedrige Viskosität, um einen guten Schmiereffekt zu gewährleisten;- a sufficiently low viscosity to ensure a good lubricating effect;
- die Fähigkeit, zu fließen und den Zwischenraum zwischen den Wänden der Kokille und der Oberfläche des gegossenen Produkts zu füllen.- the ability to flow and fill the space between the walls of the mould and the surface of the cast product.
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