[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung besonders vorteilhafte
Einrichtung zum Horizontalstranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von Stahl,
bei dem das Gießmetall in der gekühlten Horizontalstranggießkokille unter dem Einfluß
der Schwerkraft im Vorratsbehälter steht und außerdem zusätzliche, elektromagnetisch
erzeugte Kräfte auf das Gießmetall in Gießrichtung wirken.
[0002] Das Horizontalstranggießen erspart ein Biegen des sich abkühlenden Gußstranges in
die Horizontale, ebenso aufwendige, in die Höhe bauende Gerüste. Dem Senkrechtgießen
mit anschließendem Umlenken, dem Oval bogen- oder Kreisbogen-Gießen gegenüber sind
beim Horizontalgießen Biegekräfte nicht erforderlich.
[0003] Dem größeren Aufwand an Gerüsthöhe bei vertikal angeordneter Stranggießvorrichtung
gegenüber stößt der Horizontalguß auf bestimmte Schwierigkeiten, die insbesondere
von der horizontalen Lage des Gu3strangs während der Abkühlung des Gießmetalls herrühren.
Das horizontale Gießverfahren schließt nicht aus, daß der bei der Erstarrung des Gießmetalls
entstehende Lunker nicht wieder mit flüssigem Metall gefüllt wird und daß der Lunker
in den oberen Querschnittsbereich des Gießstranges verschoben wird. Verunreinigungen
des Gießmetalls unterliegen einer gewissen Unsymmetrie beim Entmischen und Absetzen.
[0004] Die Einrichtungen zum Horizontalstranggießen lassen mehrere Unzulänglichkeiten erkennen.
Soweit diese Einrichtungen nach dem Prinzip arbeiten, den Strang herauszuziehen, wobei
Gießmetall aus dem Vorratsbehälter in die Horizontalstranggießkokille nachfließt,
ist die Verbindung von Vorratsgefäß und Horizontalstranggießkokille stets eine kritische
Stelle an der Einrichtung. Je nach den Eigenschaften des flüssigen Gießmetalls, dessen
Gießtemperatur über 1500'C betragen kann, müssen hochbeanspruchte Einrichtungsteile,
wie z. B. der Vorratsbehälter, das Ausflußrohr, die Horizontalstranggießkokille für
eine Wiederinstandsetzung nach mehreren Abgüssen leicht zugänglich sein. Auf der anderen
Seite verbieten metallurgische Erfordernisse, die Einrichtungsteile so weit zu vereinfachen,
daß beispielsweise das Gießmetall nur in oben offenen Rinnen vom Vorratsbehälter in
die Stranggießkokille geleitet wird. Es ist schon vorgeschlagen worden (DE-AS 12 96
747, IPC B22D, 11/10), zur Zufuhr einer metallischen Schmelze aus einem Vorratsbehälter
zwischen diesem und der Horizontalstranggießkokille einen horizontalen Kanal vorzusehen,
wobei eine magnetische Pumpe um den Kanal angeordnet ist. Zweck der magnetischen Pumpe
ist es, das flüssige Metall in der Horizontalstranggießkokille ständig unter Druck
zu halten, wodurch auch ein hoher Füllungsgrad des Innenraums der Horizontalstranggießkokille
erzielt werden soll. Die bekannte Lösung geht im Ergebnis davon aus,. daß man mit
der vorgeschlagenen Gestaltung außerdem den sich gewöhnlich im oberen Teil des Produktes
während des Erstarrens bildenden Hohlraum (Lunker) vermeiden oder zumindest weitgehend
verkleinern könne. Eine weitere Wirkung des Druckes in der Horizontalstranggießkokille
wird darin gesehen, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Gießmetall und den Wänden
der Horizontalstranggießkokille verbessert würde und das Erstarren erleichtert werde.
[0005] Das bekannte Verfahren arbeitet zwar weitestgehend unter Luftabschluß, so daß Reoxidationen
des flüssigen Gießmetalls nicht zu befürchten sind. Die Verbindung der Horizontalstranggießkokille
mit dem Vorratsbehälter unter Anwendung eines horizontalen Kanals aus hitzebeständigem
Material führt jedoch nicht nur zu relativ hohen Wärmeverlusten und zu einer ungünstigen
langen Transportstrecke des flüssigen Metalls, sondern auch zu einer ungünstigen Vorrichtung,
die während des Betriebs nur schwierig zu kontrollieren, zu handhaben und außerdem
störungsanfällig ist.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die verfahrenstechnische Aufgabe zugrunde, das Gießmetall
auf kürzestem Wege, d. h. ohne Temperaturverluste, horizontal zu vergießen, dabei
enge und lange Zuführungskanäle zu vermeiden, d.h. große Mengen Gießmetall pro Zeiteinheit
abzugießen und insbesondere den Füllungsgrad in der Horizontalstranggießkokille für
größere Kokillenquerschnitte noch weiter zu steigern, ferner die vorrichtungstechnische
Aufgabe, eine Unabhängigkeit zwischen Vorratsbehälter und Horizontalstranggießkokille
zu schaffen und dadurch eine leichte Zugänglichkeit und Ausbaufähigkeit der Horizontalstranggießkokille
und weiterer Einrichtungsteile zu erzielen.
[0007] Der verfahrenstechnische Teil der Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß der
Flüssigmetallspiegel im Vorratsbehälter kontinuierlich zumindest auf der Höhe des
höchsten Punktes am Umfang des Kokillenquerschnitts der an der Eingießöffnung während
des Gießens offenen Horizontalstranggießkokille gehalten wird und daß die resultierende
elektromagnetische Axialkraft innerhalb der Länge der Horizontalstranggießkokille
kontinuierlich auf eine Größe geregelt wird, bei der dem Flüssigmetall im offenen
Querschnitt der Horizontalstranggießkokille zumindest das Gleichgewicht gehalten,
währenddem der Gießstrang kontinuierlich abgezogen wird. Der besondere Vorteil dieser
Maßnahmen beruht auf der Erkenntnis, daß der Flüssigmetallsäule in einem beliebigen
Längenabschnitt innerhalb der Horizontalstranggießkokille jeweils mit regelbarem Druck
entgegengewirkt wird und gleichzeitig die entgegenwirkende Kraft teils als Druck der
Flüssigmetallsäule im Vorratsbehälter, teils als elektromagnetisch erzeugte Axialkraft
aufgebaut wird. Obgleich die Horizontalstranggießkokille an der Eingießöffnung unverschlossen
ist, gelingt es aufgrund des vorgeschlagenen Verfahrens, das Gießmetall in großen
Mengen und auf eine sehr einfache Art zuzuführen. Dabei ist der Zufuhrweg sehr kurz,
so daß eine sehr genaue Temperatursteuerung während des Abgießens eingehalten werden
kann. Das Gießmetall ist ferner auch bei einem solchen Verfahren nicht der Reoxidation
durch den Luftsauerstoff ausgesetzt. Das Verfahren gestattet eine problemlose Einspeisung
des Flüssigmetalls in die Horizontalstranggießkokille.
[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich letztenendes zu einer nahezu vollkommenen
Abstimmung von Flüssigmetalldruck, Gießgeschwindigkeit und elektromagnetischer Kraft
innerhalb der Horizontalstranggießkokille.
[0009] Der Einfluß des Flüssigmetalldrucks innerhalb eines Längenabschnitts der Horizontalstranggießkokille
bei den Abkühlungsvorgängen kann außerdem dadurch zurückgedrängt werden, daß der Gießspiegel
im Vorratsgefäß um das Mehrfache der Gießquerschnittshöhe der Horizontalstranggießkokille
über deren tiefstem Punkt des Gießquerschnitts gehalten wird.
[0010] Nach einer zusätzlichen Verbesserung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die elektromagnetische
Kraft als Regelgröße für die Gießgeschwindigkeit höher als die Gleichgewichtskraft
eingestellt und dann auf die geforderte Gießgeschwindigkeit abwärts geregelt wird.
Hierbei wirkt die elektromagnetisch erzeugte Kraft dem Flüssigmetalldruck innerhalb
des Vorratsgefäßes entgegen, so daß der Flüssigmetallstrom aus dem Vorratsgefäß in
gewünschten Grenzen gebremst werden kann.
[0011] Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gattungsgemäß
im wesentlichen aus einem der Horizontalstranggießkokille vorgeschalteten Vorratsgefäß
und einer um die Strangachse verlaufenden elektrisch erregbaren Magnetspule.
[0012] Der vorrichtungstechnische Teil der Erfindungsaufgabe wird darauf aufbauend dadurch
gelöst, daß an dem Vorratsgefäß ein sich horizontal erstreckendes Ausflußrohr mit
einem in die Horizontalstranggießkokille hineinragenden Abschnitt vorgesehen ist und
daß sich die Magnetspule zumindest etwa auf den Längenabschnitt des innerhalb der
Horizontalstranggießkokille befindlichen Abschnittes des Ausflußrohres erstreckt.
Diese Lösung gewährleistet eine Unabhängigkeit von Vorratsbehälter und Horizontalstranggießkokille,
die im Betrieb einer dauernden Kontrollierbarkeit unterliegen. Ferner löst diese Anordnung
erstmals die Aufgabe innerhalb einer Horizontalstranggießkokille eine Flüssigmetallfront
zu bilden, d. h. ein horizontales Auslaufen der einseitig offenen Horizontalstranggießkokille
zu vermeiden.
[0013] Die Vorrichtung kann weiter verbessert werden. Eine solche Verbesserung ergibt sich,
wenn die Magnetspule die Horizontalstranggießkokille an der Eingießöffnung überragt.
Diese Maßnahme gewährleistet, daß die Flüssigmetallfront den Rand der Eingießöffnung
an der Horizontalstranggießkokille nicht erreichen kann.
[0014] Die Einstellung der Flüssigmetallfront und gleichzeitig die Beeinflussung der am
Ausgang der Horizontalstranggießkokille vorhandenen Strangschalendicke kann auf der
Grundlage eines weiteren Merkmals noch verstärkt werden. Dazu ist vorgesehen, daß
die Magnetspule in den Richtungen der Strangachse verstellbar gelagert ist.
[0015] Die anzustrebende Konzentration des Induktionsfeldes in dem Raum zwischen der Innenfläche
der Horizontalstranggießkokille und der Außenfläche des Einfüllrohres wird ferner
aufgrund einer derartigen Gestaltung erzielt, daß das Ausflußrohr an seiner Außenfläche
zusammen mit der Innenfläche der Horizontalstranggießkokille einen Ringspalt bildet.
Die elektrischen Induktionskräfte wirken hierbei in natürlicher Weise schon vorteilhaft,
als durch ihre Wirkung Wärme zugeführt und somit ein Erstarren in dem als Abdichtung
wirkenden Ringraum vermieden werden kann.
[0016] Für die Bildung einer Strangschale innerhalb der Horizontalstranggießkokille wirkt
unterstützend, daß gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal das Ausflußrohr zumindest
in seinem Mündungsbereich eine verjüngte Außenkontur aufweist. Diese Maßnahme gewährleistet,
daß das Ausflußrohr mit dieser Formgebung stets im flüssigen Metall arbeitet und die
Bildung von Erstarrungszonen nicht beeinträchtigt.
[0017] Betriebsmäßig günstig ist außerdem, daß das Vorratsgefäß in den Richtungen der Strangachse
anstellbar ist. Die Anstellbarkeit ist hier im Sinn einer Justierbarkeit in bezug
auf die Horizontalstranggießkokille und in bezug auf die Möglichkeit zu sehen, das
Vorratsgefäß schnellstens aus der Horizontalstranggießkokille zu entfernen oder umgekehrt,
bei Gießbeginn einzuführen. Diese Gestaltung sichert die vollkommene Zugänglichkeit
der Horizontalstranggießkokille sowie die getrennte Handhabung des Vorratsgefäßes.
[0018] Gleichmäßige Abkühlungsverhältnisse bei günstigen Bedingungen für das Zuführen des
Flüssigmetalls werden ferner dadurch erzielt, daß das Vorratsgefäß in vertikaler Richtung
justierbar ist.
[0019] Die vorgeschlagene Einrichtung kann schließlich noch in einem breiteren Bereich des
Horizontalstranggießens angewendet werden. Nach einem diesbezüglichen Vorschlag ist
das Vorratsgefäß als Verteilergefäß für eine Mehrstranggießeinrichtung ausgebildet
und im Abstand von zwei benachbarten Gießadern jeweils mit einem Ausflußrohr versehen.
Auch hier können die bereits erwähnten Merkmale als Verbesserungen der Erfindung nützlich
sein.
[0020] Ein Ausführungsbeispiel des einrichtungstechnischen Teils der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Außerdem wird das erfindungsgemäße
Verfahren anhand der Einrichtung beschrieben.
[0021] Es zeigen:
Fig. 1 die Gesamtansicht einer Horizontalstranggießanlage von der Seite gesehen,
Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch die Partie von Vorratsbehälter, Horizontalstranggießkokille
und Magnetspule im vergrößerten Maßstab.
[0022] Die Horizontalstranggießanlage (Fig. 1) wird aus der Gießpfanne 1 über den Ausguß
2 gespeist. Das flüssige Metall, wie z. B. Stahl, mit einer Temperatur von über 1500
*C gelangt dabei in das Vorratsgefäß 3, das mittels des Verschlusses 4 von der Horizontalstranggießkokille
5 abtrennbar ist. Der innerhalb der Horizontalstranggießkokille 5 gebildete Gußstrang
6 wird in der Kühlzone 7 weitestgehend abgekühlt und während dieser Zeit mittels des
Treibgerüstes 8 transportiert und dabei über den Rollgang 9 auf den Brennschneidrollgang
10 befördert und danach mittels der Brennschneidmaschine 11 in Teillängen geschnitten.
Die abgeschnittenen Teillängen gelangen auf der Querförderstrecke 12 in eine Weiterverarbeitung.
[0023] Das Vorratsgefäß 3 ist mit einem Ausflußrohr 13 versehen (Fig. 2), das sich horizontal
in das Innere der Horizontalstranggießkokille 5 erstreckt. Die Länge des Ausflußrohres
13 richtet sich mittelbar nach der pro Zeiteinheit zugeführten Gießmetallmenge und
unmittelbar nach den Abmessungen der Horizontalstranggießkokille 5. Das Ausflußrohr
13 ist der angewendeten Kühlungsintensität in der Horizontalstranggießkokille 5 und
der zu erwartenden Strangschalenbildung 6a entsprechend, die einen spitzen Winkel
mit der Strangachse 14 bildet, sich stetig verjüngend ausgebildet. Anstelle der verjüngten
Außenkontur 15 kann auch eine absatzweise Verjüngung Anwendung finden, die im Mündungsbereich
16 vorgesehen wird. Das Ausflußrohr 13 besteht aus feuerfestem Material, aus dem üblicherweise
die Tauchausgüsse für Stahlstranggießanlagen hergestellt sind.
[0024] Die Horizontalstranggießkokille 5 ist in bekannter Art aus Kupfer hergestellt, wassergekühlt
und wird konzentrisch zur Strangachse 14 mittels des Oszillationsantriebs 17 hin-
und herbewegt, um den gebildeten Gußstrang 6 von der Innenfläche 5a fortlaufend zu
lösen.
[0025] Ebenfalls konzentrisch zur Strangachse 14 bzw. zur Horizontalstranggießkokille 5
ist die Magnetspule 18 angeordnet. Sie ist entweder mit der starren oder oszillierenden
Horizontalstranggießkokille 5 verbunden oder (wie gezeichnet) auf einem getrennten
Rahmen 19 befestigt, der die notwendigen Anschlüsse für die elektrische Energiezufuhr
und für Kühlwasser aufweist. Die Magnetspule 18 erstreckt sich über den Längenabschnitt
20, der gleichzeitig einen gewissen Abschnitt 13a des Ausflußrohres 13 überdeckt.
Die im Sinn der Erfindung mit einem "Uberdeckungsgrad" angeordneten konzentrischen
Längenabschnitte der Magnetspule 18, der Stranggießkokille 5 und des Ausflußrohres
13 bilden praktisch ein "elektrisches Ventil", das den Rückfluß von Flüssigmetall
entgegen der Strömungsrichtung 21 verhindert.
[0026] Die an der Eingießöffnung 22 während des Betriebes offene Horizontalstranggießkokille
5 wird aus Sicherheitsgründen noch um einen bestimmten Betrag von der Magnetspule
18 überragt. Dieser Betrag an Länge kann auch, je nachdem, wo sich die Flüssigmetallfront
23 einstellt, noch nachträglich geändert werden. Dazu ist die Magnetspule 18 mittels
Rollen 24 auf einer zur Strangachse 14 parallelen Bahn 25 in den Richtungen 26 anstellbar.
Die elektroinduktive Kraft kann hierbei auf den Ringspalt 27 konzentriert werden,
der durch die Innenfläche 5a der llorizontalstranggießkokille 5 und der Außenfläche
28 des Ausflußrohrs 13 gebildet wird.
[0027] Eine andere Einstellbarkeit der Flüssigmetallfront 23 ergibt sich ferner durch die
Eintauchtiefe des Ausflußrohres 13, das an dem Vorratsbehälter 3 befestigt ist. Wie
gezeichnet, lagert der Vorratsbehälter 3 ebenfalls auf Rollen 24 und ist in den Richtungen
26 anstellbar. Die Führungsbahn 29 ruht außerdem auf einem Hubtich 30, der mittels
des hydraulischen Hubantriebs 31 in den vertikalen Richtungen 32 höhenverstellbar
ist. Die Höhenverstellbarkeit dient unter anderem zur mittigen Einstellung des Ausflußrohrs
13 auf die Strangachse 14. Während des Betriebes kann eine Nachstellung des Ausflußrohrs
13 in Richtung der Strangachse 14 oder zu dieser senkrecht günstig sein, um einen
gewünschten Strömungsverlauf des Flüssigmetalls innerhalb der Horizontalstranggießkokille
5 zu erzeugen.
[0028] Das erfindungsgemäße-Verfahren wird folgendermaßen ausgeübt: Zu Beginn des Gießvorganges
ist der Horizontalstranggieß-Ausgang 5b mittels eines üblichen Anfahrstrangkopfes
verschlossen und gegenüber der Innenfläche 5a mittels Dichtstoffen abgedichtet. Der
Verschluß 4 ist ebenfalls geschlossen (wie gezeichnet). Sobald das Gießmetall aus
der Gießpfanne 1 in den Vorratsbehälter 3 strömt und sich ein Gießspiegel 33 zumindest
in der Höhe der Innenfläche 5a der Horizontalstranggießkokille 5 gebildet hat, öffnet
der Verschluß 4, und die Induktionsspule 18 wird eingeschaltet. Dabei bildet sich
die Flüssigmetallfront 23 aus. In dieser Phase erfolgt das Ausziehen des sich bildenden
Gußstranges 6 mittels des Treibgerüstes 8, wobei die Zugkraft anfänglich auf den Anfahrstrang
übertragen wird. Gegen Ende dieser Anfangsphase wird die Kraft der Induktionsspule
18 kontinuierlich entsprechend der Höhe des Gießspiegels 33 elektrisch gesteuert.
In diese Steuerung ist gegebenenfalls der Antrieb für die Richtungen 26 der Induktionsspule
18 und der Hubantrieb 31 für die vertikalen Richtungen 32 mit einzubeziehen. Gegebenenfalls
sind auch Bewegungen des Vorratsbehälters 3 in den Richtungen 26 bzw. des Ausflußrohres
13 in der Steuerung zu berücksichtigen.
1. Verfahren zum Horizontalstranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von Stahl,
bei dem das Gießmetall in der gekühlten Horizontalstranggießkokille unter dem Einfluß
der Schwerkraft im Vorratsbehälter steht und außerdem zusätzliche, elektromagnetisch
erzeugte Kräfte auf das Gießmetall in Gießrichtung wirken,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flüssigmetallspiegel im Vorratsbehälter kontinuierlich zumindest auf der Höhe
des höchsten Punktes am Umfang des Kokillenquerschnitts der an der Eingießöffnung
während des Gießens offenen Horizontalstranggießkokille gehalten wird und daß die
resultierende elektromagnetische Axialkraft innerhalb der Länge der Horizontalstranggießkokille
kontinuierlich auf eine Größe geregelt wird, bei der dem Flüssigmetall im offenen
Querschnitt der Horizontalstranggießkokille zumindest das Gleichgewicht gehalten,
währenddem der Gießstrang kontinuierlich abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießspiegel im Vorratsgefäß um das Mehrfache der Gießquerschnittshöhe der
Horizontalstranggießkokille über deren tiefstem Punkt des Gießquerschnitts gehalten
wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Kraft als Regelgröße für die Gießgeschwindigkeit höher
als die Gleichgewichtskraft eingestellt und dann auf die geforderte Gießgeschwindigkeit
abwärts geregelt wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, die im
wesentlichen aus einem der Horizontalstranggießkokille vorgeschalteten Vorratsgefäß
und einer um die Strangachse verlaufenden elektrisch erregbaren Magnetspule besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Vorratsgefäß (3) ein sich horizontal erstreckendes Ausflußrohr (13) mit
einem in die Horizontalstranggießkokille (5) hineinragenden Abschnitt (13a) vorgesehen
ist, und daß sich die Magnetspule (18) zumindest etwa auf den Längenabschnitt (20)
des innerhalb der Horizontalstranggießkokille (5) befindlichen Abschnittes (13a) des
Ausflußrohres (13) erstreckt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetspule (18) die Horizontalstranggießkokille (5) an der Eingießöffnung
(22) überragt.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetspule (18) in den Richtungen (26) der Strangachse (14) verstellbar gelagert
ist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausflußrohr (13) an seiner Außenfläche (28) zusammen mit der Innenfläche (5a)
der Horizontalstranggießkokille (5) einen Ringspalt (27) bildet.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausflußrohr (13) zumindest in seinem Mündungsbereich (16) eine verjüngte Außenkontur
(15) aufweist.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnt,
daß das Vorratsgefäß (3) in den Richtungen (26) der Strangachse (14) anstellbar ist.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorratsgefäß (3) in vertikaler Richtung justierbar ist.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorratsgefäß (3) als Verteilergefäß für eine Mehrstranggießeinrichtung ausgebildet
und im Abstand von zwei benachbarten Gießadern jeweils mit einem Ausflußrohr (13)
versehen ist.