Vorrichtung zum Stranggiessen von Metall in einem geschlossenen Eingiessystem

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Stranggiessen von Metall in einem geschlossenen Eingiess-System wird das Metall durch einen feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen (2) in eine mit diesem verbundene Durchlaufkokille (3) gegossen.
Zur Verbesserung der Strangqualität und zur Erhöhung des Leistungsvermögens solcher Anlagen wird im Bereich einer Verbindungsebene (4) des Verteilergefäss-Ausgussstutzens (2) und der Durchlaufkokille (3) die Metallschmelze von der Wand der Kokilleneintrittsöffnung (11) mittels eines einschnürenden elektromagnetischen Feldes ferngehalten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggiessen von Metall in einem geschlossenen Eingiess-System, wobei das Metall durch einen feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen in eine mit diesem verbundene Durchlaufkokille gegossen wird.

[0002] Beim Stranggiessen von Metall mit einer Durchlaufkokille kann die Metallzuführung in einem offenen oder in einem geschlossenen Eingiesssystem erfolgen. Vertikal- und Bogenstranggiessanlagen werden in der Regel mit offenem Eingiesssystem betrieben, d.h. zwischen Verteilergefäss und Durchlaufkokille besteht keine Verbindung. Horizontalstranggiessanlagen werden fast ausschliesslich mit geschlossenem Eingiesssystem gebaut, wobei Feuerfestteile des Verteilergefässes mit der Eingiessseite der Durchlaufkokille verbunden sind. Das geschlossene Eingiesssystem erbringt gegenüber dem offenen Eingiesssystem folgende Vorteile. Ein Kontakt des Giessmetalles mit Luftsauerstoff zwischen dem Verteilergefäss und der Durchlaufkokille ist ausgeschlossen. Eine Badspiegelregulierung in der Kokille entfällt.

[0003] Es ist aus der DE-OS 1 558 224 eine horizontale Stranggiessanlage bekannt, bei welcher ein Verteilergefäss mit einer wassergekühlten Kokille verbunden ist. Das Metall fliesst dabei ohne Lüftzutritt aus dem Verteilergefäss in die Kokille, wobei die Fliessgesehwindigkeit durch die Ausziehgeschwindigkeit des Stranges geregelt ist. Es wurde festgestellt, dass das flüssige Metall nicht erst in der Kokille, sondern schon im Bereich der Verbindungsebene zwischen der Kokille und der Verteilergefäss-Austrittsöffnung zu erstarren beginnt, was zu Metallanschweissungen an der Wandung des Verteilergefäss-Ausgussstutzens und infolge des von den Abzugwalzen auf den Strang ausgeübten Zuges zu Rissen am bereits erstarrten Btrangumfang führt. Dies verursacht eine beträchtliche Störung des Giessvorganges und erhebliche Materialfehler am fertigen Erzeugnis. Durch Rissbildung in der noch dünnen Strangkruste an der Kokillenausgangsseite sind deshalb Durchbrüche nicht auszuschliessen, die zu einer vollständigen Entleerung des vorgeschalteten Verteilergefässes führen. Das Anschweissen des Metalles innerhalb der Verteilergefäss-Austrittsöffnung führt auch zu einer raschen Zerstörung dieser Verbindungsleitung, wodurch die Dauer des Giessvorganges verkürzt wird. Aus diesen Gründen hat insbesondere das kontinuierliche Stahlstranggiessverfahren mit horizontaler Kokille trotz beträchtlicher Verbesserungen sowohl bezüglich des Materials als auch der Gestaltung solcher Verbindungsstücke noch keinen breiten Eingang in die industrielle Technik gefunden.

[0004] Aus der DE-OS 2 455 816 ist weiter ein horizontales Stranggiessverfahren bekannt, bei welchem das Metall aus einem Verteilergefäss über eine feuerfeste, düsenartig sich stark erweiternde Verbindungsleitung in die Kokille geleitet wird. Das flüssige Metall wird in dieser düsenartigen Verbindungsleitung elektromagnetischen Kräften unterworfen, die am Umfang des Metallstranges eine Beschleunigung in Strömungsrichtung hervorrufen. Der in der düsenartigen Erweiterung vorgeformte und beschleunigte Metallstrom soll im sprunghaft erweiterten Kokillenquerschnitt einen freien Ringraum erzeugen, wobei ein stabiler Meniskus begünstigt werden soll. Die Vorrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Kräfte entlang der düsenartigen Verbindungsleitung entspricht einem Stator eines Linearmotors. Im freien Ringraum wird über eine Mehrzahl von Schlitzen ein neutrales Gas unter Druck eingeleitet, der mindestens gleich dem maximalen ferrostatischen Druck in diesem Bereich ist. Trotz diesen aufwendigen Verfahrensschritten wie das Aufbringen einer axialen Beschleunigung der Schmelze in der Verbindungsleitung und der Druckbeaufschlagung im Ringraum, können bei Stillstand oder bei sich ändernder Strangausziehbewegung Störungen im Ringraum nicht ganz vermieden werden. Im weiteren kann das eingepresste inerte Gas wegen des geringeren ferrostatischen Druckes an der Strangoberseite verglichen zur Strangunterseite vom bewegten Strang mitgerissen werden. Dies kann einerseits zusätzliche Störungen im Ringraum und anderseits Strangfehler, insbesondere an der Strangoberfläche, erzeugen. Im weitern können die bereits genannten Anschweissungen an der Stirnseite der düsenartigen Verbindungsleitung mit den erwähnten Nachteilen entstehen.

[0005] Zum gleichzeitigen Giessen mehrerer Stränge ist es ferner aus der DE-OS 1 608 350 bekannt, vertikal angeordnete Stranggiesskokillen gasdicht mit einem gemeinsamen Verteilergefäss zu verbinden und Metall über Bodenausgussdüsen den Kokillen zuzuführen. Dabei kann zwischen dem feuerfestcn Verteilergefäss-Ausgussstutzen und den gekühlten Kokillen wahlweise mit oder ohne Gaspolster gearbeitet werden. Bei diesen vertikal angeordneten Kokillen treten ebenfalls die aus dem horizontalen Stranggiessen bekannten Störungen zwischen dem feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen und der gekühlten Durchlaufkokille auf. Auch trotz Verwendung einer verlängerten Ausgussdüse und einem Gaspolster zwischen der Kokille und dieser Düse bauen sich bei sich ändernden Giessbedingungen Anschweissungen an der Düse auf, die zu Störungen führen. Dieses Verfahren hat sich deshalb im industriellen Gebrauch nicht durchgesetzt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schwierigkeiten an der Verbindungsstelle zwischen einem feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen und einer Kokille, wie Anschweissungen, Strangfehler, Durchbrüche etc., mit einfachen Mitteln zu lösen. Ein weiteres Anliegen der Erfindung ist die Schaffung eines wirtschaftlicheren Giessverfahrens für Mehrstranganlagen mit horizontal oder vertikal angeordneten Kokillen, die über ein geschlossenes Giesssystem aus einem gemeinsamen Zwischengefäss gespeist werden können. Zusätzlich soll auch die Leistung solcher Stranggiessanlagen durch Verlängerung der möglichen Giesszeit erhöht werden.

[0007] Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass im Bereich einer Verbindungsebene des Verteilergefäss-Ausgussstutzens und der Durchlaufkokille die Metallschmleze von der Wand der Kokilleneintrittsöffnung mittels eines einschnürenden elektromagnetischen Feldes ferngehalten wird.

[0008] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich einer Verbindungsebene zwischen dem Verteilergefäss-Ausgussstutzen und der Durchlaufkokille eine elektromagnetische, die Metallschmelze einschnürende Spule angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn kokillenseitig der Verbindungsebene die elektromagnetische Spule angeordnet ist.

[0009] Die Erfindung ermöglicht unter Anwendung einfacher Verfahrensschritte bzw. einer preisgünstigen Vorrichtung die Ausnützung der Vorteile des geschlossenen Giess-Systems sowohl beim Stranggiessen mit vertikal als auch mit horizontal angeordneter Kokille. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile wie Anschweissungen, Strangfehler und Durchbrüche, können beseitigt werden. Durch einen wesentlich verminderten Verschleiss im Verteilergefäss-Ausgussstutzen können längere Sequenzen von Giesspfannen vergossen werden, wodurch sich Totzeiten und Unterhaltskosten wesentlich verringern. Bei vertikal angeordneten Durchlaufkokillen ermöglicht das Verfahren die Konstruktion einer vereinfachten Stranggiessanlage, wobei mehrere aus einem gemeinsamen Verteilergefäss gespeiste Stränge mit kleinem gegenseitigem Abstand mit einem gemeinsamen Auszieh-Aggregat antreibbar sind und nur der Badspiegel im Verteilergefäss überwacht werden muss.

[0010] Ein weiteres noch nicht befriedigend gelöstes Problem beim bekannten geschlossenen Giess-System stellt die zuführung eines Schmiermittels in die Kokille dar. Gemäss einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung wird eine gleichmässige Schmiermittelzufuhr dadurch gelöst, dass unter Ausnützung des Vakuums im Ringraum ein Schmiermittel für den Strang in diesen Ringraum eingebracht wird. Anstelle eines flüssigen, pasten- oder pulverförmigen Schmiermittels kann beispielsweise auch ein nicht oxydierendes Gas mit oder ohne Zusatzstoffe durch das Vakuum in den Ringraum bzw. in die Kokille eingebracht werden.

[0011] Eine zusätzliche Verminderung des Verschleisses am feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen ist erreichbar, wenn, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die elektromagnetische Spule beidseits der Verbindungsebene angeordnet ist.

[0012] Zur Verminderung der Durchflussgeschwindigkeit des Metalles durch den Verteilergefäss-Ausgussstutzen und zur Erhöhung des Einschnüreffektes schlägt die Erfindung im weiteren vor, im Bereich der Verbindungsebene die Austrittsöffnung des Verteilergefäss-Ausgussstutzens und die Kokilleneintrittsöffnung gleich gross zu wählen sowie die Metallschmelze zusätzlich von der Austrittsöffnung mittels des elektromagnetischen Feldes fern zu halten.

[0013] Bei vertikal angeordneten Kokillen kann es vorteilhaft sein, wenn im Bereich der Verbindungsebene die Austrittsöffnung des Verteilergefäss-Ausgussstutzens kleiner als die Kokillen-Eintrittsöffnung ist.

[0014] Bei Stranggiessanlagen mit etwa vertikal oder etwa horizontal liegender Kokillenachse kann die elektromagnetische Spule etwa konzentrisch zum Formhohlraum-Umfang angeordnet sein. Bei horizontalen Stranggiessanlagen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Distanz zwischen der elektromangetischen Spule und dem Kokillenhohlraum unterhalb der etwa horizontalen Längsachse der Durchlaufkokille kleiner ist, als oberhalb der Längsachse. Bei einer solchen Anordnung kann der unterschiedliche ferrostatische Druck über die Stranghöhe entsprechend berücksichtigt werden. Als eine weitere Lösung zur Beseitigung des Nachteiles des unterschiedlichen ferrostatischen Druckes schlägt die Erfindung beim Giessen von Strängen mit rundem Querschnitt die Anwendung einer ovalen oder einer exzentrisch angeordneten runden elektromagnetischen Spule vor, die unterhalb der horizontalen Längsachse der Kokille einen kleineren Abstand zum Kokillenhohlraum aufweist, als oberhalb dieser Längsachse.

[0015] Die Güte der Strangoberfläche kann nach einem zusätzlichen Merkmal verbessert werden, wenn zwischen dem feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen und der Durchlaufkokille ein Kokillenteil mit gegenüber der Durchlaufkokille reduzierter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist. Eine zusätzliche Verbesserung der einschnürenden Wirkung des elektromagnetischen Feldes im Formhohlraum kann erreicht werden, wenn der Kokillenteil aus paramagnetischem Werkstoff mit entsprechend niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht.

[0016] Im nachfolgenden werden anhand von'Figuren Beispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert.

[0017] Es zeigen:

Fig. 1 Einen Vertikalschnitt durch einen Verteilergefäss-Ausgussstutzen und eine Durchlaufkokille mit etwa vertikal angeordneter Längsachse,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Beispiel eines Verteilergefäss-Ausgussstutzens mit daran anschliessender Kokille,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Verteilergefäss-Ausgussstutzen und eine Durchlaufkokille mit horizontal angeordneter Längsachse,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV gemäss Fig. 3 und

Fig. 5 ein weiteres Beispiel einer Spulenanordnung.

[0018] In Fig. 1 ist ein feuerfester Verteilergefäss-Ausgussstutzen 2 mit einer gekühlten Durchlaufkokille 3 mit etwa vertikaler Kokillenlängsachse 1 verbunden, was ein geschlossenes Eingiesssystem darstellt. Zwischen der Durchlaufkokille 3 und dem Gefäss-Ausgussstutzen 2 befindet sich eine Verbindungsebene 4. Kokillenseitig der Verbindungsebene 4 ist eine elektromagnetische Spule 6, die eine Einschnürung 7 des in die Durchlaufkokille 3 einfliessenden Stahles bewirkt, angeordnet. Dabei bildet sich ein freier Ringraum 8, so dass im Bereich der Verbindungsebene 4 der einfliessende Stahl die Kokille 3 noch nicht berühren kann. Der Gefäss-Ausgussstutzen 2 ist ein Teil eines nicht dargestellten Verteilergefässes. Der Durchlaufkokille 3 folgen in der Regel nicht dargestellte, bekannte Stützführungselemente und ein Strangausziehaggregat für kontinuierlichen oder intermittierenden Strangauszug. Im Bereich der Verbindungsebene 4 ist eine Austrittsöffnung 5 des Ausgussstutzens 2 kleiner als die Kokilleneintrittsöffnung 11.

[0019] In Fig. 2 sind gleiche Figurenteile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Eine Austrittsöffnung 10 des Verteilergefäss-Ausgussstutzens 2 ist im Bereich der Verbindungsebene 4 gleich gross wie die Kokilleneintrittsöffnung 11. Zusätzlich ist eine elektromagnetische Spule 6' beidseits der Verbindungsebene 4 angeordnet, die durch das elektromagnetische Feld das Metall von der Austrittsöffnung 10 fernhält. Dadurch entsteht eine Einschnürung 7', die den Kontakt der Schmelze 13 sowohl gegenüber der Austrittsöffnung 10 als auch gegenüber der Kokilleneintrittsöffnung 11 überbrückt. Der freie Ringraum 8' ist in seiner Form unterschiedlich zum Ringraum 8 der Figur 1.

[0020] In Fig. 3 und 4 liegt die Längsachse 14 einer Durchlaufkokille 3' etwa horizontal. Eine Distanz 15 zwischen einer wassergekühlten, elektromagnetischen, einwindigen Spule 16 und dem Kokillenhohlraum 19 unterhalb der horizontalen Längsachse 14 der Durchlaufkokille 3' ist kleiner als eine Distanz 18 oberhalb der Längsachse 14. Auf der Eintrittsseite der Durchlaufkokille 3' ist ein Kokillenteil 20 mit einer Ausfütterung versehen, die gegenüber der Durchlaufkokille aus Kupfer eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese Ausfütterung wird mit Vorteil aus paramagnetischem Werkstoff, z.B. rostfreiem Stahl, hergestellt. Damit sich in dem freien Ringraum 8' kein Vakuum bildet, das der Einschnürung 7 entgegenwirken würde, wird aus einem Behälter 22 über ein Druckreduzierventil 23 ein inertes Gas durch feine Zuführschlitze 24 in den Ringraum 8' zugeführt. Dieser Druck wird etwa dem atmosphärischen Druck angepasst und ist somit kleiner als der ferrostatische Druck der Schmelze. Das Vakuum im Ringraum 8' kann auch zum Einbringen eines Schmiermittels für den Strang ausgenützt werden.

[0021] In Fig. 5 ist eine schwach oval geformte elektromagnetische Spule 31 um einen runden Strangquerschnitt 32 angeordnet.

[0022] Die Auslegung der elektromagnetischen Spule und die Wahl der Leistung, der Frequenz etc. hat so zu erfolgen, dass im Bereich der Verbindungsebene die Metallschmelze von der Kokillenwand und/oder von der Verteilergefäss-Austrittsöffnung mittels einem einschnürenden elektromagnetischen Feld ferngehalten wird. Zum Giessen eines runden Stranges von 100 mm Durchmesser mittels einer Vorrichtung nach Fig. 2 können beispielsweise nachfolgende Parameter verwendet werden:

Zum Giessen eines Vierkant-Stranges 150 mm

gemäss einer Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4 werden nachfolgende Parameter empfohlen:

[0023] Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung sind grundsätzlich für eine Vielzahl von Metallen anwendbar. Insbesondere können auch Eisen-Kohlenstoff-Legierungen gegossen werden. Durch die freie Gestaltungsmöglichkeit der Spule werden bei der Anwendung der Erfindung nur wenig Einschränkungen bezüglich unterschiedlicher Strangformate wirksam.

Ansprüche

1. Verfahren zum Stranggiessen von Metall in einem geschlossenen Eingiess-System, wobei das Metall durch einen feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen (2) in eine mit diesem verbundene Durchlaufkokille (3, 3') gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Verbindungsebene (4) des Verteilergefäss-Ausgussstutzens (2) und der Durchlaufkokille (3, 3') die Metallschmelze (13) von der Wand der Kokilleneintrittsöffnung (11) mittels eines einschnürenden-elektromagnetischen Feldes ferngehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verbindungsebene (4) die Querschnitte der Austrittsöffnung (10) des Verteilergefäss- Ausgussstutzens (2) und der Kokilleneintrittsöffnung (11)gleich gross gewählt und die Metallschmelze zusätzlich von der Austrittsöffnung (10) mittels des elektromagnetischen Feldes ferngehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter Ausnützung des Vakuums im Ringraum (8, 8') ein Schmiermittel für den Strang in diesen Ringraum (8, 8') eingebracht wird.

4. Vorrichtung zum Stranggiessen von Metall mit einem geschlossenen Eingiess-System, wobei ein feuerfester Verteilergefäss-Ausgussstutzen (2) mit einer gekühlten Durchlaufkokille (3, 3') verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Verbindungsebene (4) zwischen dem Verteilergefäss-Ausgussstutzen (2) und der Durchlaufkokille (3, 3') eine elektromagnetische, die Metallschmelze (13) einschnürende Spule (6, 6', 16, 31) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass kokillenseitig der Verbindungsebene (4) die elektromagnetische Spule (6) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits der Verbindungsebene (4) die elektromagnetische Spule (6' 16, 31) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verbindungsebene (4) die Austrittsöffnung (10) des Verteilergefäss-Ausgussstutzens (2) und die Kokilleneintrittsöffnung (11) gleich gross sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verbindungsebene (4) die Austrittsöffnung (5) des Verteilergefäss-Ausgussstutzens (2) kleiner als die Kokilleneintrittsöffnung (11) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenlängsachse (14) etwa horizontal liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenlängsachse (1) etwa vertikal liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz (15) zwischen der elektromagnetischen Spule (16) und dem Kokillenhohlraum (19) unterhalb der etwa horizontalen Längsachse (14) der Durchlaufkokille (3') kleiner ist als eine Distanz (18) oberhalb der Längsachse (14).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine ovale elektromagnetische Spule (31) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem feuerfesten Verteilergefäss-Ausgussstutzen (2) und der Durchlaufkokille (3') aus Kupfer ein Kokillenteil (20) mit gegenüber der Durchlaufkupferkokille (3') reduzierter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokillenteil (20) mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit aus paramagnetischem Werkstoff besteht.

Zeichnung