DE69410688T2 - Stranggiessverfahren mit Kokillen-Aufsatz und Kokille zur Anwendung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Strangguß von Metallen, insbesondere Stahl, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dem die FR-A-2667002 zugrunde liegt.
• Wie bekannt, besteht der Arbeitsgang des Stranggießens schematisch darin, ein schmelzflüssiges Metall in eine Kokille zu gießen, die im wesentlichen aus einem röhrenförmigen Element ohne Boden besteht, das einen Durchgang für das gegossene Metall definiert, deren Wände jedoch, aus Kupfer oder allgemein aus Kupferlegierung, stark durch Wasserumlauf gekühlt werden und aus der man ebenfalls kontinuierlich ein Produkt herauszieht, das äußerlich bereits über einige Zentimeter Dicke erstarrt ist. Die Erstarrung schreitet dann in Richtung der Achse des Produkts fort und endet im Laufe der Abwärtsbewegung desselben stromabwärts der Kokille in der sogenannten "sekundären Abkühlungszone" unter der Wirkung von Wasserberieselungsrohren. Das gewonnene Produkt, Block, Knüppel oder Bramme, wird anschließend abgelängt, dann vor der Lieferung an die Kunden oder der Weiterverarbeitung vor Ort in Stangen, Drähte, Profile, Platten, Bleche etc. gewalzt.
• Die Oberflächenfehler oder die unter der Oberfläche befindlichen Fehler der Produkte, die aus dem Strangguß des Stahls herrühren, sind häufig Grund für eine Zurückweisung, da sie der Walzvorgang schlecht verträgt, ja sogar bis zu einer unzulässigen Verschlechterung der metallurgischen Qualität der Walzerzeugnisse verstärkt.
• Es ist bekannt, daß beim Strangguß in vertikaler oder gebogener Kokille (so bezeichnet im Gegensatz zu den Kokillen des horizontalen Stranggusses, die direkt mit dem Behälter verbunden sind, der das zu gießende schmelzflüssige Metall enthält) einige dieser Fehler zu den schwerwiegendsten zählen, wie etwa Wellenbildung und erstarrte Zipfel. Man weiß, daß das Auftreten solcher Fehler hauptsächlich mit den Höhenschwankungen der (als Meniskus bezeichneten) freien Oberfläche des flüssigen Stahls im oberen Teil der Kokille und mit der ersten Erstarrung des flüssigen Metalls zusammenhängt, die unmittelbar unter dem Meniskus bei Berührung der Kupferwand einsetzt.
• Es ist bekannt, dem Auftreten dieser Fehler entgegenzuwirken, indem man direkt auf dem Oberteil des Kupferelements der Kokille einen starren Körper aus einem feuerfesten, wärmedämmenden Material anbringt, der den inneren Durchgang der Kokille, in den das schmelzflüssige Metall gegossen wird, nach oben hin verlängert.
• Diese Technik, fortan unter der Bezeichnung "Strangguß unter Last" bekannt, ermöglicht eine stromaufwärtige Verschiebung des Meniskus vor den Beginn der Erstarrung auf das Niveau des feuerfesten aufgebauten Eingusses, mit dessen Wand er in Berührung kommt. Auf diese Weise haben, wenn diese Verschiebung genügend groß ist (typischerweise etwa 15 cm), die Höhenschwankungen des Meniskus keine merklichen Auswirkungen mehr auf die Qualität der Gußerzeugnisse an und unter der Oberfläche.
• Außerdem dient das Volumen des in dem aufgebauten Einguß enthaltenen gegossenen Metalls als Puffervolumen, in dessen Innern die Turbulenzen, die zwangsläufig unter der Wirkung des eintreffenden Metallstromes entstehen, abgedämpft werden und folglich in Höhe des Kupferelements, wo die Erstarrung einsetzt, keine Wirkung mehr haben.
• Man kann somit versuchen, Produkte von guter Qualität mit hoher Abzugsgeschwindigkeit zu gießen.
• Um jedoch eine fehlerlose Qualität der Oberfläche oder unter der Oberfläche zu erzielen, ist es erforderlich, den Beginn der Erstarrung genau zu kontrollieren, um wirklich sicherzustellen, daß die Erstarrung des Gußerzeugnisses nicht an der feuerfesten Wand des aufgebauten Eingusses einsetzt.
• Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung in erster Linie ein Verfahren zum Strangguß schmelzflüssiger Metalle, insbesondere Stahl, unter Last in einer Kokille zum Gegenstand, die ein stark gekühltes röhrenförmiges Metallelement, allgemein aus Kupfer oder Kupferlegierung, umfaßt, das einen Durchgang für das schmelzflüssige Metall definiert und dazu bestimmt ist, bei seiner Berührung die Erstarrung des gegossenen Metalls auszulösen, ein Verfahren, gemäß dem man auf diesem Körper einen aufgebauten Einguß aus einem feuerfesten, starren, wärmedämmenden Material anordnet, der diesen Durchgang nach oben hin verlängert, dadurch gekennzeichnet, daß man in Höhe dieses aufgebauten Eingusses oder wenigstens an seiner Basis ein Druckgas einbläst, das in Form eines ringförmig, entlang des Umfangs der Kokille verteilten Stromes in den Durchgang für das gegossene Metall ausströmt.
• Die Erfindung hat außerdem eine Kokille für den Strangguß von Metallen, insbesondere Stahl, unter Last zum Gegenstand, die ein stark gekühltes röhrenförmiges Metallelement, allgemein aus Kupfer oder Kupferlegierung, das einen Durchgang für das gegossene Metall definiert und dazu bestimmt ist, bei seiner Berührung die Erstarrung des gegossenen Metalls auszulösen, und einen aufgebauten Einguß aus einem feuerfesten, starren, wärmedämmenden Material umfaßt, der direkt auf dem röhrenförmigen Element angebracht ist und dieses nach oben hin verlängert, eine Kokille, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Mittel vorgesehen sind, um in dem Durchgang für das gegossene Metall in Höhe des aufgebauten Eingusses und vorzugsweise wenigstens in Höhe der Grenzfläche aufgebauter Einguß/röhrenförmiges Element einen ringförmig entlang des Umfangs der Kokille verteilten Gasstrom zu erzeugen.
• Wie noch deutlich werden wird, zielt die Erfindung darauf ab, durch die von dem Gasstrom erzeugte Schneidwirkung auf die eventuelle störende Erstarrung in dem feuerfesten aufgebauten Einguß einen Erstarrungsbeginn genau in Höhe des röhrenförmigen Elements aus Kupfer und ausschließlich dort zu erreichen und somit nicht den Vorgang der Erstarrung des Gußerzeugnisses bereits im Innern des aufgebauten Eingusses zu beginnen.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben werden, wobei:
• - Fig. 1 schematisch im Teillängsschnitt den oberen Bereich einer Stranggußkokille gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
• - Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
• In den Figuren sind gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• In Fig. 1 ist in 1 das wassergekühlte röhrenförmige Kupferelement einer Kokille für den Strangguß von Stahl dargestellt, auf der sich ein aufgebauter Einguß 2 erhebt, der aus einem feuerfesten, starren Material mit hochwärmedämmenden Eigenschaften besteht, hier einer Mischung aus Aluminium und Siliciumdioxid in einem Verhältnis von 90 zu 10 Gewichtsprozent. Das Element 1 der Kokille definiert im Innern einen Durchgang 3 für das schmelzflüssige Metall 4. Dieses Metall wird von einem darüber befindlichen, nicht dargestellten Verteiler über einen Tauchausguß 5 mit seitlichen Austrittsöffnungen 6 zugeführt. Das Gußerzeugnis wird unten aus der Kokille mit einer solchen Geschwindigkeit herausgezogen, daß die freie Oberfläche 7 des in die Kokille gegossenen Metalls (Meniskus) auf einem mittleren Höhenpegel gehalten wird, der sich in dem aufgebauten Einguß 2 etwas mehr als ungefähr zehn cm über dem Kupferkörper 1 befindet. Der Meniskus 7 ist in herkömmlicher Weise mit einer Deckschlacke 19 bedeckt, die durch eine gleichmäßige Zufuhr von bei der Temperatur des flüssigen Metalls schmelzendem Pulver oder Granulat entsteht und übliche Schutzeigenschaften gegen die Wärmeverluste durch Strahlung und gegen die Oxidation des schmelzflüssigen Metalls besitzt.
• Wie man erkennt, entsteht an der Grenzfläche Metallelement/aufgebauter Einguß durch ein Distanzstück 9, das von einer Stahlfolie von einigen zehntel mm Dicke gebildet wird, die zwischen dem Kupferkörper 1 und dem aufgebauten Einguß eingefügt ist, ein schmaler Schlitz 8. Diese Stahlfolie ist am äußeren Umfang der Grenzfläche angeordnet, um den Schlitz 8 zur Außenseite der Kokille hin zu verschlie ßen und somit seine Austrittsverbindung nur mit dem Gießraum 3 zu ermöglichen.
• Ein dichter Behälter 10 umkleidet außen den aufgebauten Einguß 2 und den oberen Teil des Kupferelements 1, und zwar derart, daß die Außenfläche 16 des aufgebauten Eingusses 2 eine Wand des Behälters bildet. Dieser Behälter empfängt durch seine Zuleitung 11 unter Druck stehendes Argon aus einer nicht dargestellten Quelle und speist mit diesem Gas den Schlitz 8, und zwar mittels Kanälen 12, die in die feuerfeste Masse gebohrt sind und auf der einen Seite an der Außenfläche 16 des aufgebauten Eingusses münden und deren anderes Ende eine ringförmige Gasverteilerkammer 13 ansticht, die an der Basis des aufgebauten Eingusses am Ende des Einblasschlitzes 8 vorgesehen ist.
• Auf diese Weise kann ein ringförmig verteilter Gasstrom in den Innenraum 3 der Kokille geblasen werden. Dieser Strom unterbindet durch seine Energie die Tendenzen zur Auslösung der Erstarrung des Produkts 4, welche die örtlichen störenden Erstarrungsanfänge 14 des gegossenen Metalls direkt an dem aufgebauten Einguß 2 aufweisen können. So zwingt man die Erstarrung, unter dem Gasstrom an der Kupferwand der Kokille zu beginnen, um eine gleichmäßige und durchgehende Rinde zu bilden, die in dem Maße, wie sie in der Kokille nach unten wandert, entsprechend dem üblichen Erstarrungsvorgang in den herkömmlichen Stranggußkokillen an Dicke zunimmt.
• Der Gasdruck in dem Behälter zur erfolgreichen Durchführung der Einblasung kann 1,5 relative Bar betragen. Außerdem sind Dichtungen 17 an der Verbindungsstelle des Behälters mit dem feuerfesten Block 2 vorgesehen.
• Eine andere Ausführungsform der Erfindung, sichtbar in Fig. 2, besteht darin, das Einzelschlitzsystem an der Grenzfläche aufgebauter Einguß/Kupferelement durch ein Netz aus parallelen Schlitzen 18 zu ersetzen, die entlang der Höhe des aufgebauten Eingusses 2 schichtweise übereinanderliegen und diesen durchlaufen.
• Vorzugsweise befinden sich die Schlitze in dem unteren Teil des Blockes 2 näher aneinander, um die Druckverluste auszugleichen, die durch den höheren ferrostatischen Druck an diesem Ort bedingt sind. Auf diese Weise wird eine gleichbleibende Gasmenge in den unteren Teil des aufgebauten Eingusses 2 eingeblasen, denn dort ist es möglich, ein letztes Mal vor dem gewünschten Beginn der Erstarrung 15 des gegossenen Metalls bei der Berührung der kalten Wand des Kupferelements 1 einzugreifen.
• Unabhängig von der verwendeten Ausführungsform wird man den Vorteil haben, eine Dicke von Schlitzen 8 oder 18 zu erhalten, die kaum zwei oder drei zehntel Millimeter überschreitet, um es der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls zu ermöglichen, den Tendenzen dieses letzteren, bei Fehlen einer ausreichenden Ausströmmenge an eingeblasenem Gas in diese Schlitze einzudringen, entgegenzuwirken.
• Was letzteres betrifft, so versteht sich, daß man allgemein den Vorteil hat, ein Gas zu wählen, das sich gegenüber dem schmelzflüssigen Metall chemisch inert verhält, wie Argon im Falle des Stahlgusses.
• Hinsichtlich der Gaszufuhr hat die Erfahrung gezeigt, daß man an der Rinde, die sich bereits in dem feuerfesten aufgebauten Einguß gebildet haben kann, die gewünschte gute Schneidwirkung erzielt, wenn der Austrittsdruck des Gases in dem Gießraum um mindestens 20% größer ist als der ferrostatische Druck an diesem Ort.
• Es ist anzumerken, daß die Höhe des aufgebauten Eingusses 2 in der Größenordnung von 20-25 cm liegt, wobei sein Teil, der das flüssige Metall enthält, wenigstens zehn cm beträgt, was die relativen Höhenschwankungen des Meniskus 7, die auf die üblichen vertikalen Schwingungen der Kokille zurückzuführen sind, großzügig berücksichtigt. Der Austrittsdruck des Gases an der Basis des aufgebauten Eingusses liegt also vorzugsweise in der Größenordnung von 1,5 bis 3 Bar.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern erstreckt sich auf jede in den beigefügten Ansprüchen angegebene Variante oder Modifikation innerhalb des Definitionsbereichs der Erfindung.
• Insbesondere können - unabhängig von der gewählten Ausführungsform - der ringförmige tiefliegende Einzelschlitz 8 oder die in dem feuerfesten aufgebauten Einguß übereinander angelegten Schlitze 18 jeweils durch eine Mehrzahl von Kanälen ersetzt werden, die radial verteilt und genügend nah beieinander angeordnet sind, um einen homogenen Gasstrom entlang des inneren Umfangs der Kokille zu gewährleisten. Der Bequemlichkeit halber bleibt man dabei, sie ebenfalls mit dem allgemeinen Ausdruck "Schlitz" zu bezeichnen.
• Ebenso kann gemäß einer anderen Variante der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform die Verteilerkammer in das Kupfer des röhrenförmigen Elements 1 gearbeitet sein. In diesem Fall werden die Zufuhrkanäle 12 statt in die feuerfeste Masse des aufgebauten Eingusses in das Kupferelement gebohrt sein.
• Ebenso mag man sich auch in einigen Fällen veranlaßt sehen, die Möglichkeiten zur Schmierung des Gußerzeugnisses bei Berührung der Wand der Kokille zu verbessern, indem man ein Schmiermittel, zum Beispiel flüssiges Mineralöl, in Höhe des Kupferelements zuführt, wie dies bereits üblicherweise beim Freistrahlguß und folglich in Abwesenheit von Deckschlacke praktiziert wird.
• Die Erfindung ist auf jedes stranggegossene oder stranggießbare Produkt anwendbar, unabhängig von seinem Format (Knüppel, Blöcke, Brammen).
• Insbesondere ist ihre Anwendung nicht auf den Guß mit Tauchausguß und Deckschlacke beschränkt, sondern sie kann genausogut beim Freistrahlguß angewendet werden, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine flexible, luftdichte Muffe vorhanden ist, welche den oberen Teil des aufgebauten Eingusses mit dem unteren Teil des darüber angeordneten Verteilers verbindet, um die Reoxidation des schmelzflüssigen Metalls zu vermeiden.
• Es wird jedoch deutlich, daß die Erfindung aufgrund ihres Wesens nur auf Schwerkraftstranggußanlagen anwendbar ist, das heißt, auf Anlagen, die mit vertikalen oder gebogenen Kokillen versehen sind, mit Ausschluß aller anderen, insbesondere der Kokillen für den horizontalen Strangguß. Unter gekühltem röhrenförmigem Element (Bezugszeichen 1 in der Figur) ist jedoch nicht nur ein monolithisches Rohr für den Guß von runden oder vierkantigen Blöcken oder Knüppeln oder ein durch Zusammensetzen von Platten gebildeter Kanal für den Guß länglicher Formate wie Brammen zu verstehen, sondern auch zum Beispiel zwei einander gegenüberliegende, sich gegensinnig drehende Walzen für den direkten Guß dünner Bänder oder jede andere Kokillenform mit verbundenen Wänden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Strangguß schmelzflüssiger Metalle, insbesondere Stahl, in einer vertikalen oder gebogenen Kokille, die ein stark gekühltes röhrenförmiges Metallelement (1) umfaßt, das einen Durchgang (3) für das gegossene Metall (4) definiert und dazu bestimmt ist, bei seiner Berührung die Erstarrung (15) des gegossenen Metalls auszulösen, gemäß dem man auf dem Element (1) einen wärmedämmenden aufgebauten Einguß (2) anordnet, der diesen Durchgang nach oben hin verlängert und aus einem feuerfesten starren Material besteht, um gegossenes schmelzflüssiges Metall aufnehmen zu können, und an dem sich störende Erstarrungshäute (14) bilden können, dadurch gekennzeichnet, daß man in Höhe dieses aufgebauten Eingusses oder wenigstens an seiner Basis ein Gas einbläst, das in Strömen austritt, die in dem Durchgang (3) für das gegossene Metall (4) ringförmig an der Oberfläche des aufgebauten Eingusses (2) verteilt sind, um an diesen störenden Erstarrungshäuten (14) eine Schneidwirkung zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gas verwendet, das sich gegenüber dem gegossenen schmelzflüssigen Metall chemisch inert verhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas mit einem Austrittsdruck an der Oberfläche des aufgebauten Eingusses einbläst, der um mindestens 20% größer ist als der ferrostatische Druck am Austrittsort.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch das röhrenförmige Metallelement (1) ein Schmiermittel in den Durchgang (3) einspritzt.

5. Vertikale oder gebogene Kokille für den Strangguß schmelzflüssiger Metalle, insbesondere Stahl, umfassend:

- ein stark gekühltes röhrenförmiges Metallelement (1), das einen Durchgang (3) für das Gußerzeugnis (4) defi niert und dazu bestimmt ist, bei seiner Berührung den Beginn der Erstarrung (15) des gegossenen Metalls auszulösen,

- einen aufgebauten Einguß (2) aus einem feuerfesten, starren Material mit wärmedämmender Eigenschaft, der direkt auf dem röhrenförmigen Element (1) angebracht ist, wobei er dieses nach oben hin verlängert

Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel (8, 13, 12, 10) aufweist, um durch die Wand der Kokille ein Druckgas einzublasen, das in Strömen austritt, die in dem Durchgang (3) für das gegossene Metall ringförmig an der Oberfläche des aufgebauten Eingusses verteilt sind.

6. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen einen einzigen Schlitz (8) umfassen, der an der Grenzfläche zwischen dem aufgebauten Einguß (2) und dem gekühlten Metallelement (1) vorgesehen ist.

7. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen übereinander angeordnete Schlitze umfassen, die in dem aufgebauten Einguß (2) vorgesehen sind.

8. Kokille nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze eine Dicke von ein bis drei zehntel mm aufweisen.

9. Kokille nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze durchgehende ringförmige Schlitze entlang des Umfangs des aufgebauten Eingusses sind.

10. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmedämmende aufgebaute Einguß (2) aus einer Mischung aus Aluminium und Siliciumdioxid in einem Verhältnis von 90 zu 10 Gewichtsprozent besteht.

11. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen außerdem einen Behälter (10) umfassen, der mit einer Zuleitung (11) für Druckgas versehen ist und dicht (17) um den aufgebauten Einguß (2) montiert ist, wobei die Außenseite (16) des aufgebauten Eingusses eine Wand des Behälters bildet, die mit Mitteln (12, 13, 8, 18) versehen ist, um das Gas von dem Behälter bis in den Gießraum (3) zu leiten.