Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metall in Ein- oder Mehrstranganlagen, wobei das Metall, insbesondere Stahl, durch ein Gießrohr aus einem Gießgefäß in mindestens eine oszillierende Kokille mit einem, oberhalb des Kokillenbadspiegels liegenden, abgeschlossenen, unter Druck stehenden, gasgefüllten Hohlraum gegossen wird, in den während des Gießens inertes Gas zugeführt und dann blasenförmig im Gegenstrom zum im Gießrohr strömenden Metall nach oben in die Atmosphäre abgeschieden wird.

Zum gleichzeitigen Stranggießen mehrerer Einzelstränge ist eine Gemeinschaftskokille mit mehreren, nebeneinander angeordneten Einzelkokillen bekannt. Diese Einzelkokillen weisen in ihrem oberen Abschnitt gasgefüllte Hohlräume auf, die untereinander verbunden sind. Dadurch wird eine gleiche Gaszusammensetzung und ein gleichmäßiger Druck aufrecht erhalten. Oberhalb der Einzelkokillen ist ein gemeinsamer, mit der Kokille mitoszillierender Aufsatz zur Aufnahme von Schmelze vorgesehen, der die Einzelkokillen kommunizierend verbindet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die, die Einzelstränge bewegenden Vorrichtungen mit gleicher Geschwindigkeit abtreibbar sind.

Zum gleichzeitigen Gießen mehrerer Stränge ist es ferner bekannt, eine gasdicht abgeschlossene Stranggießkokille mit mehreren Gießformen vorzusehen und Metall aus einer gemeinsamen, mit der Kokille verbundenen Wanne über Zufuhrleitungen unter den Badspiegel der einzelnen Stränge in die Gießformen zuzuleiten. Dabei wird in einem, nach außen abgeschlossenen Raum zwischen den Gießformen und der Wanne ein gemeinsames, abgeschlossenes Gaspolster erzeugt, wodurch der Badspiegel der einzelnen Stränge untereinander in gleicher Höhe gehalten werden kann. Die Höhe des Gasdruckes wird durch die flüssige Metallsäule zwischen den Badspiegeln in den Gießformen und der Wanne bestimmt. Falls Gas zwischen Strang und Gießform austritt, kann der notwendige Gasdruck durch Zupumpen neuer Luft aufrechterhalten werden.

Es ist ferner eine gasdichte Verbindung einer ortsfesten Zwischenpfanne mit einer oszillierenden Kokille einer Einstranganlage bekannt, bei der durch eine Ausgleichskammer die durch die oszillierende Kokille entstehende Druckänderung kompensiert wird.

Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen ist, daß die Regulierung der Badspiegelhöhe in der Kokille durch die Regulierung des Gasdruckes in den darüber liegenden Hohlräumen geschieht, wodurch unvermeidliche Badspiegelschwankungen auftreten, die zu einer Verschlechterung des Gußproduktes führen. Ferner müssen dazu aufwendige Einrichtungen zur Bestimmung des Badspiegels in dem der Kokille vorgeordneten Gießbehälter und Einrichtungen zur Drucküberwachung in den Hohlräumen sowie eine entsprechende Regelvorrichtung vorgesehen werden. Bei den bisher bekannten Stranggießverfahren zum Gießen kleiner Formate, wie Knüppel, bei denen ohne Drosselorgane am Zwischenbehälter, wie z. B. Schieber oder Stopfen, gewarbeitet wird, ist die Gießgeschwindigkeit im wesentlichen abhängig von der ferrostatischen Höhe über dem Ausguß.

Diese Höhe ändert sich im laufenden Gießbetrieb häufig, wodurch dann auch die Kühlbedingungen geändert werden müssen. Dies ist einerseits umständlich und führt anderseits zu einer Verschlechterung des Gußproduktes. Beim Gießen größerer Formate, wie z. B. Vorblöcke, sind üblicherweise Stopfen oder Schieber am oder im Zwischenbehälter vorgesehen, mit denen der Metallzufluß in die Kokille geregelt wird. Dies bringt oft wirtschaftliche Nachteile mit sich, da diese Drosselorgane nur eine beschränkte Lebensdauer haben und Störungen verursachen können.

Ferner ist aus der FR-A-2 145 478 eine Einrichtung zum Gasspülen eines abgeschlossenen Kokillenraumes bekannt, bei dem Inertgas mit einem Druck über dem der Metallsäule über dem Kokillenbadspiegel in den Hohlraum eingeblasen wird. Hierbei entweicht überschüssiges Gas durch das Gießrohr nach oben. Mit einer derartigen Einrichtung läßt sich jedoch der Kokillenbadspiegel nicht konstant halten, insbesondere nicht bei Schwankungen der Füllhöhe im Gießgefäß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestatten, mit einer vom jeweiligen Badspiegel im Zwischenbehälter unabhängigen Gießgeschwindigkeit und ohne die bisher zur Regelung der Zuflußrate des Metalls in die Kokille notwendigen Reguliereinrichtungen zu gießen. Ferner sollte die Qualität des Gußproduktes und die Sicherheit des Gießvorganges erhöht werden. Weiter sollte auch ein Wegfall der bisher üblichen Meßeinrichtungen des Kokillenbadspiegels ermöglicht werden. Zum Gießen der Stränge auf einer Mehrstranganlage sollte deren konstruktiver Aufwand gesenkt und wirtschaftlicher gegossen werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch einen konstanten Gaszustrom der Gasdruck im Hohldruck unabhängig von der Höhe der Metallsäule über dem Badspiegel in der Kokille stets selbsttätig auf einen Wert gleich dem statischen Druck der Metallsäule eingestellt wird.

Durch die kontinuierliche Zuführung des Gases während des Gießens wird bei diesem sog. geschlossenen Gieß-System erreicht, daß sich der Badspiegel in der Kokille von selbst auf ein bestimmtes Niveau einstellt und während des gesamten Gießverlaufes mit nur geringsten Abweichungen auf diesem Niveau bleibt. Dieses Niveau ist bestimmt bzw. kann eingestellt werden durch die entsprechende Höhenlage der Austrittsöffnung des eingetauchten Gießrohres im Formhohlraum der Kokille. Dadurch sind die bisher üblichen Einrichtungen zur Bestimmung des Kokillenbadspiegels nicht mehr notwendig. Durch den Wegfall von nennenswerten Badspiegelschwankungen wird eine erhebliche Verbesserung des Gußproduktes erzielt. Durch die drosselfreie Zuführung des Metalls, d. h. der Metalldurchfluß wird nicht vom Gießrohr bestimmt, ist die Gießgeschwindigkeit unabhängig von der ferrostatischen Höhe bzw. vom Badspiegei im Zwischenbehälter. Sie wird nur noch von der leicht einstellbaren Auszugsgeschwindigkeit bestimmt. Dadurch werden ebenfalls schädliche Badspiegelschwankungen vermieden und gegebenenfalls können die üblichen Regelorgane, wie z. B. Stopfen oder Schieber, die zu Erreichen einer konstanten Gießgeschwindigkeit sonst nötig wären, im oder am der Kokille vorgeordneten Gießgefäß entfallen.

Es ist wesentlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Metalls im Gießrohr kleiner gehalten wird als die mögliche Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Metalls im Gießrohr wird eingestellt durch die gewählte Ausziehgeschwindigkeit bei vorgegebenem Durchflußquerschnitt des Gießrohres.

Durch die relativ niedrige Einströmgeschwindigkeit des ungedrosselten Metalls im Gießrohr wird der Vorteil erzielt, daß Auswaschungen des Gießrohres mit der damit verbundenen Gefahr des Abreißens desselben und Störungen, verursacht durch ein Zuschmieren des Durchflußkanals im Gießrohr durch Anlagerungen vermieden werden. Dies erhöht die Sicherheit des Gießvorganges und führt zu einer Qualitätsverbesserung des Gußproduktes.

Eine weitere Verbesserung des Gußproduktes entsteht dadurch, daß bei diesem geschlossenen Gieß-System keine Schlacke in den primären Erstarrungsbereich des Stranges innerhalb der Kokille gelangt, da eine Reoxydation infolge der inerten Atmosphäre nicht möglich ist. Ebenfalls günstig auf die Gußqualität wirkt sich die, durch das aufsteigende Gas erzielte Reinigungswirkung aus.

Die Schmierung kann in bekannter Weise mit Öl erfolgen. Infolge des fehlenden Sauerstoffes kann die Ölmenge jedoch beträchtlich reduziert werden.

Bei Anwendung der Erfindung auf Mehrstranganlagen ergibt sich der Vorteil, daß verschiedene Baueinheiten, wie z. B. Strangführung, Treib- und/oder Richtaggregat, Oszillationsvorrichtung, Kokillenwassermantel, Sprüh-System etc. für mehrere, nebeneinander liegende Stränge gemeinsam verwendet werden können. Ferner können die Strangabstände wesentlich verkleinert werden, wodurch sich insgesamt günstige Bedingungen sowohl konstruktiver als auch metallurgischer Art ergeben.

Bei Stranggießen von Stahl ist es vorteilhaft, die Strömungsgeschwindigkeit im Gießrohr kleiner als 0,6 m/sec zu halten, um ein sicheres Aufsteigen der Gasblasen entgegen dem einfließenden Metall im Gießrohr zu gewährleisten. Das inerte Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, wird in einer Menge bis zu 0,5 1/sec zugeführt.

Für einen ruhigen Gießablauf ist es günstig, den Gasfluß während eines möglichst langen Gießzeitabschnittes konstant und so klein wie möglich zu halten, so daß gerade noch Gas zum Badspiegel im Zwischenbehälter aufsteigt. Beim Auffüllen der Kokille zu Gießbeginn sollte auch der Durchflußquerschnitt des Gießrohres nicht zur Gänze mit Metall ausgefüllt werden, d. h. die ins Gießrohr einströmende Metallmenge sollte kleiner als das Schluckvermögen des Gießrohres sein. Dadurch wird ermöglicht, daß das im Hohlraum sich ausdehnende Gas nach oben entweichen kann.

Um eine gleichmäßige Gasblasenentfernung aus dem unteren Bereich des Gießrohres zu erzielen, ist es vorteilhaft, das flüssige, sich im Badspiegeibereich befindliche Metall kontinuierlich zu bewegen. Dies geschieht durch die Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes, und zwar vorteilhaft derart, daß das Metall rotationssymmetrisch um die Stranglängsachse bewegt wird. Ein derartiges Rühren mit einer Bewegung der Schmelze um die Stranglängsachse ist z. B. aus der US-PS 3 905 417 bekannt. Dabei wird nicht nur die Ablösung von kleineren Gasblasen gefördert und deren Aufstieg durch das Gießrohr eingeleitet, sondern auch das Ansetzen vor. kaltem, erstarrtem Metall im Badspiegelbereich an das Gießrohr und/oder an die Kokillenwand weitgehend verhindert. Ebenso werden dabei die an sich bekannten günstigen metallurgischen Effekte, wie verbesserte Oberflächenqualität, bewirkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszuleitung eine, eine konstante Gasmenge abgebende Dosiereinrichtung vorgesehen ist, durch welche der Gasdruck im Hohlraum unabhängig von der Höhe des Badspiegels der Schmelze im Gießgefäß gleich dem statischen Druck der Metallsäule zwischen den Badsiegeln im Gießgefäß und in der Kokille einstellbar ist.

Da die Lage des unteren Gießrohrendes auch die Höhenlage des Kokillenbadspiegels bestimmt, sollte aus Sicherheitsgründen, insbesondere beim Gießen kleinerer Knüppelformate, das untere Gießrohrende in einem Abstand von 2―15cm vom oberen Kokillenrand angeordnet sein.

Zur leichteren Ablösung der gebildeten Gasblasen soll das untere Ende des Gießrohres abgeschrägt sein.

Um beim Angießen, d. h. Füllen der Kokille zu Gießbeginn den Gießrohrdurchmesser nicht zur Gänze mit Metall auszufüllen, soll im Gießgefäß beispielsweise eine Zwischenwand mit einer in Bodennähe liegenden Durchtrittsöffnung vorgesehen sein, wobei der Querschnitt der Öffnung kleiner als der Durchflußquerschnitt des Gießrohres ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.

F i g. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung, teilweise geschnitten, mit zugehöriger Gasdosiereinrichtung und

F i g. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Mehrstranganlage.

Gemäß F i g. 1 ist zwischen einer oszillierenden Kokille 1 und einem stationären Gießgefäß 2, z. B. einem Zwischenbehälter, eine bewegliche Hülle 3 vorgesehen, die die Oszillationsbewegungen der Kokille kompensieren kann. Diese Hülle, im dargestellten Beispiel als flexibler Metallbalg dargestellt, begrenzt gemeinsam mit einem unter dem Gießgefäß 2 angebrachten Gießrohr 4 einen Hohlraum 5. Zu Gießbeginn wird flüssiges Metall, beispielsweise Stahl, aus dem Zwischenbehälter durch das Gießrohr in die Kokille geleitet und bildet dort einen Badspiegel 6 aus. Gleichzeitig wird Argon als Inertgas aus einem Gasbehälter 7 über Leitungen 8 dem hohlraum 5 zugeführt. Um beim Angießen, d. h. beim Füllen der Kokille mit Stahl den Durchflußquerschnitt 14 des Gießrohres 4 nicht vollständig mit einfließendem Stahl auszufüllen, ist im Zwischenbehälter eine Zwischenwand 11 vorgesehen, die eine Durchtrittsöffnung 13 besitzt, deren Querschnitt kleiner als der Durchflußquerschnitt 14 des Gießrohres 4 ist. Daher kann das im Hohlraum 5 befindliche Gas, das sich durch die Erwärmung ausdehnt, ungehindert nach oben entweichen. Die Zwischenwand 11 ist so hoch, daß nach dem Angießvorgang bei gewünschter Badspiegelhöhe 15 im Zwischenbehälter der Stahl darüber fließt.

Im weiteren ist zur Sicherheit ein Überdruckventil 12 in der Gaszuleitung eingebaut, das sich bei einem Druck, der etwa dem zweifachen möglichen ferrostatischen Druck entspricht, selbsttätig öffnet. Durch das kontinuierlich in den Hohlraum 5 eingebrachte Inertgas stellt sich der Badspiegel 6 genau auf die Höhe des unteren Endes des Gießrohres 4 ein. Dieses liegt ca. 10 cm vom oberen Kokillenrand 17 entfernt. Der mit einer erstarrten Schale gebildete Strang 9 wird durch angetriebene Rollen, z. B. eines nichtgezeichneten Treib- und/oder Richtaggregates aus der Kokille 1 ausgefördert. Das mit einem höheren als der ferrostatischen Säule entsprechenden Druck eingebrachte Gas steigt in Form von Blasen 16 im Gegenstrom durch den im Gießrohr nach abwärts strömenden Stahl nach oben und tritt durch den Badspiegel 15 im Zwischengefäß 2 in die freie Atmosphäre aus. Dazu ist es wesentlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Stahls im Gießrohr kleiner gehalten wird als die mögliche Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen. Durch eine Abschrägung 18 des unteren Endes des Gießrohres 4 wird das Ablösen der Gasblasen erleichtert. Im weiteren wird eine gleichmäßige Entfernung der Gasblasen aus dem unteren Bereich des Gießrohres 4 dadurch erreicht, daß der flüssige Stahl vorteilhaft rotationssymmetrisch um die Stranglängsachse 25 bewegt wird. Zur Erzeugung des dazu benötigten elektromagnetischen Feldes sind um die Formhohlwand der Kokille 1 Induktionsspulen 26 angeordnet, mit denen eine kontinuierliche oder, falls erwünscht, auch stoßweise Bewegung des flüssigen Stahlkernes verursacht werden kann. Der Stahl wird drosselfrei zugeführt und demzufolge ist die Strömungsgeschwindigkeit des Stahles im Gießrohr durch die gewählte Ausziehgeschwindigkeit bei vorgegebenem Durchlfußquerschnitt des Gießrohres leicht einstellbar. Bei bekannter Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen, die unter anderem von der jeweiligen Zähigkeit der Metallschmelze abhängt, kann auch aus der Kontinuitätsgleichung, gemäß der das Produkt aus Gießgeschwindigkeit V (cm/min) mal dem Kokillenquerschnitt Q_k (cm²) gleich sein muß dem Produkt aus Strömungsgeschwindigkeit Vg (cm/min) im Gießrohr mal dem Durchflußquerschnitt Qg (cm²) des Gießrohres der erforderliche Durchflußquerschnitt für vorgewählte Gießgeschwindigkeiten und Kokillenformate berechnet werden.

Beim vorliegenden Beispiel zum kontinuierlichen Gießen von Stahlknüppeln mit einem Querschnitt von 115 mm x 115 mm beträgt der Durchmesser des Durchflußkanals des Gießrohres 55 m. Die zugeführte Gasmenge beträgt zu Gießbeginn 0,005 i/sec und wird nach etwa 3 Min. auf eine Menge von 0,002 1/sec reduziert. Um einen kontinuierlichen und kontrollierten Gasfluß zu ermöglichen, ist in der Gaszuleitung 8 eine Dosiereinrichtung 10 vorgesehen, weiche bei einer bestimmten Einstellung unabhängig vom Vor- und Gegendruck immer die gleiche Gasmenge liefert.

Es wird jedoch festgestellt, daß gemäß der Erfindung nicht der Druck des Gases im Hohlraum 5 reguliert wird, wie bei den bekannten Verfahren, sondern nur die Menge des kontinuierlich zugeführten Inertgases konstant gehalten wird. Da das Inertgas nach oben entweichen kann, stellt sich im Hohlraum 5 selbsttätig ein Druck ein, der gleich ist dem Druck, der der ferrostatischen Höhe vom unteren Ende des Gießrohres 4 bis zum Badspiegel 15 im Zwischenbehälter 2 entspricht.

Es liegt daher ein wesentlich anderes System vor als bei den, zum Stande der Technik gehörenden Verfahren, bei denen die Höhe des Badspiegels in der Kokille mittels des Druckes eines Gaspolsters eingeregelt werden muß. Dabei werden wegen des, während des Gießverlaufes praktisch ständig schwankenden Badspiegels im Zwischenbehälter aufwendige Regeleinrichtungen benötigt. Auch ist z. B. für die Druckregelung des Gases im Hohlraum je nach ferrostatischer Höhe eine Badspiegelanzeige für den Zwischenbehälter unbedingt erforderlich. Eine derartige kontinuierlich arbeitende Anzeige ist jedoch derzeit nocht nicht in Betrieb.

Im Gegensatz dazu stellt sich bei der Erfindung der Kokillenbadspiegel genau auf die Höhe des unteren Endes des eintauchenden Gießrohres ein und bleibt dort während des gesamten Gießvorganges. Das wirkungsvolle Arbeiten des Systems kann durch Beobachten der durch den Badspiegel im Zwischenbehälter austretenden Gasbtasen kontrolliert werden- Die obengenannte Badspiegelanzeige für den Zwischenbehälter ist nicht erforderlich- Ferner sind keine Einrichtungen zur Regelung der Zuflußrate des Stahles in die Kokille vorhanden.

Die Gießgeschwindigkeit. die ausschließlich durch die Geschwindigkeit der Treib- und/oder Richtrollen bestimmt wird, ist nur begrenzt durch die Forderung, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Stahles im Gießrohr kleiner sein muß als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen. Im vorliegenden Beispiel zum Gießen von Stahlknüppeln im Format 115 mm × 115 mm beträgt die Gießgeschwindigkeit über einen großen Bereich der Gießzeit mehr als 1,5 m/min.

Bei der Anwendung der Erfindung auf Mehrstranganlagen ergeben sich weitere Vorteile. Wie in Fig. 2 dargestellt, können 3 Kokillen zu einer Einheit im gleichen Wassermantel 19 mit nur einem Kühlwasser-Zu- und Abfluß, wie durch die Bezugszeichen 20 und 21 dargestellt ist, zusammengefaßt werden. Eine derartige Einheit benötigt damit auch nur einen, nichtgezeichneten Oszillationsantrieb. Die drei gegossenen Stränge 9 werden durch die gleichen Rollen 22 gestützt und geführt und auch mit dem gleichen, nichtgezeichneten Auszieh-Aggregat ausgezogen. Das bringt den Vorteil, daß alle Stränge der Mehrstranganlage einen gleich hohen Badspiegel haben und mit gleicher Geschwindigkeit gefördert werden. Ferner wird für die Stränge 9 nur ein einfaches Wasser-System 23 mit Steuerung benötigt. Durch die Zusammenfassung von mehreren Kokillen zu einer Einheit mit einheitlichem Wassermantel, können die bisher bei Mehrstranganlagen üblichen Strangabstände wesentlich verkleinert werden. Beim dargestellten Beispiel einer Dreistrang-Anlage sind die Strangabstände 24 etwa um den Faktor 3 kleiner als bei konventionellen Mehrstranganlagen. Weitere Vorteile ergeben sich beispielsweise der Ausgestaltung des Zwischenbehälters, der wesentlich kürzer gebaut werden kann. Dies bringt neben der einfacheren konstruktiven Lösung auch metallurgische Vorteile. Beispielsweise kann der Stahl mit niedriger Gießtemperatur vergossen werben. Auch wegen der kürzeren Abstände zwischen dem Auftreffort des Gießstrahles zu den Zwischenbehälterausgüssen ist die Gefahr des Zugehens geringer.