[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen
von metallischen Schmelzen, insbesondere von höher schmelzenden Legierungen, z.B.
Stahl.
[0002] Beim Erstarren von metallischen Schmelzen, insbesondere von Legierungen, kommt es
zu sogenannten Seigerungen, d.h. unterschiedlichen chemischen bzw. physikalischen
Zusammensetzungen bezogen auf den Quer- und gegebenenfalls Längsschnitt des erstarrenden
Blockes bzw. Stranges. Um derartige Seigerungen zu verhindern bzw. geringer zu halten,
ist es sowohl beim Block- als auch Strangguß bekannt, die Schmelze während des Erstarrens
in der Kokille in Bewegung zu halten. Hiebei kann die Schmelze beispielsweise durch
elektromagnetische Rühreinrichtungen in Rotation um die Gießrichtung oder um die Kokillenlängsachsrichtung
gebracht werden oder es können Strömungen von dem Kokillenaußenrand zu dem Kokilleninnenrand
verursacht werden. Derartige Strömungen können durch geeignet angeordnete elektromagnetische
Rührvorrichtungen und entsprechenden Steuerungen erreicht werden.
[0003] Einsetzende Schmelzenströmungen vor der Kristallisationsfront können jedoch auch
zu Inhomogenitäten bzw. Seigerstreifen führen. Diese bekannten negativen Seigerungen
(white bands) beeinträchtigen in hohem Maße die Qualität des Produktes.
[0004] Aus der DE-OS 29 03 234 wird ein Verfahren zum vertikalen Stranggießen bekannt, wobei
die Schmelze von einem Schmelzenbehälter über ein Gießrohr in die Kokille gelangt.
Um das Gießrohr ist eine elektromagnetische Rührvorrichtung angeordnet, mit welcher
die Metallschmelze gerührt werden kann, sodaß dieselbe bereits mit einer zusätzlich
zur Strömungsrichtung überlagerten Bewegung versehen, in die Kokille eintritt.
[0005] Beim horizontalen Strangguß ist es bereits bekannt geworden, vor der Kokille in der
Schmelzenzuleitung ein elektromagnetisches Ventil vorzusehen, um den Schmelzenzufluß
zu verhindern.
[0006] Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum horizontalen Stranggießen von metallischen Schmelzen, insbesondere von höher schmelzenden
Legierungen, z.B. Stahl, zu schaffen, bei welchem bzw. welcher eine besonders hohe
Oberflächengüte erreicht wird, das einen möglichst geringen apparativen Aufwand aufweist,
und einen energiesparenden Betrieb erlaubt, sowie die. Innengüte des Stranges wesentlich
erhöht.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren zum stranggießen von metallischen Schmelzen, insbesondere
von höher schmelzenden Legierungen, z.B. Stahl, wobei die metallische Schmelze über
zumindest eine Schmelzenzuleitung, z.B. Kanal, von einem Schmelzenbehälter, Pfanne,
od. dgl. in eine im wesentlichen horizontal angeordnete und mit diesem flüssigkeitsdicht
verbundene, vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte Kokille zugeleitet wird, und der teilerstarrte
Strang aus der Kokille, vorzugsweise schrittweise, gegebenenfalls mit einem Teilschritt
rückwärts gezogen wird, besteht im wesentlichen darin, daß die Schmelze in der Schmelzenzuleitung
gerührt wird, wobei eine Rotation der Schmelze um ihre Strömungsrichtung bewirkt wird,
und die bereits rotierende Schmelze in die Kokille über einen, vorzugsweise eine geringere
Querschnittsfläche als die Kokille aufweisenden Düsenstein eingeleitet wird. Bei einem
derartigen Verfahren tritt die Schmelze bereits rotierend in die Kokille ein, sodaß
auch die Grenzschichten, d.h. Oberflächenschichten, welche z.B. bei einem schrittweisen
Abzug des Stranges Kerben aufweisen können, eine besonders hohe Homogenität besitzen,
wobei gleichzeitig über die Querschnittsveränderung eine zusätzliche Beschleunigung
in der Metallschmelzenströmungsrichtung aufgebracht wird. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß bereits beim Beginn der Strangschalenbildung eine Rotatiohsströmung der
Metallschmelze gegeben ist.
[0008] Weist die Schmelzenzuleitung zumindest zwei unterschiedliche Querschnitte auf, wobei
die entsprechenden Abschnitte der Schmelzenzuleitung ineinander tangential münden,
so kann eine Rührbewegung in der Schmelze ohne weiteren Energieaufwand und aufwendigen
Vorrichtungen erreicht werden.
[0009] Weist die Schmelzenzuleitung zumindest zwei unterschiedliche, aneinander anschließende
Querschnittsflächen auf, wobei die Schmelze, vorzugsweise von jenem Abschnitt mit
der kleineren Querschnittsfläche in den mit der größeren Querschnittsfläche, etwa
tangential eingeleitet wird, so kann ebenfalls eine Rotation der Schmelze um ihre
Strömungsrichtung ohne zusätzliche Energie, z.B. durch Elektromagneten od. dgl., erreicht
werden, wobei gleichzeitig der gesamte Metallstrom in Bewegung versetzt wird.
[0010] Ein besonders homogener Strang kann dann erhalten werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit
der Schmelze an jedem Punkt der Schmelzenzuleitung im Mittel über die Zeit, konstant
gehalten wird.
[0011] Eine besonders geringe Überhitzung der Schmelze im Schmelzenbehälter kann dann eingehalten
werden, wenn die Schmelze von einer im wesentlichen vertikal angeordneten Schmelzenzuleitung
vom Schmelzenbehälter in eine hiezu geneigt, vorzugsweise im wesentlichen horizontal
angeordnete kurze Schmelzenzuleitung abgeleitet wird.
[0012] Eine kurze Schmelzenzuleitung kann auch dadurch erreicht werden, daß die Schmelze
in der, im wesentlichen vertikal angeordneten Schmelzenzuleitung schneller strömt,
als in der zu dieser geneigt angeordneten Schmelzenzuleitung und in dieser im wesentlichen
tangential zum Querschnitt derselben eingeleitet wird.
[0013] Eine Vorrichtung zum Stranggießen von metallischen Schmelzen, insbesondere höher
schmelzenden Metallen und Legierungen, z.B. Stahl, mit Schmelzenbehälter, im wesentlichen
horizontal angeordneter, vorzugsweise flüssigkeitsgekühlter Kokille und zumindest
einer, zwischen diesen angeordneten Schmelzenzuleitung und einer Strangabzugseinrichtung,
besteht im wesentlichen darin, daß die Schmelzenzuleitung zumindest zwei aneinander
anschließende Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, wobei in Fließrichtung
der Schmelze gesehen, der eine Abschnitt, vorzugsweise mit der geringeren Querschnittsfläche
in den darauffolgenden im wesentlichen tangential in diesen mündet.
[0014] Mit einer derartigen Vorrichtung ist eine besonders einfache Vorrichtung zum horizontalen
Stranggießen geschaffen, wobei gleichzeitig eine Rotation der in die Kokille eintretenden
Schmelze erreicht wird, sodaß Oberflächenschäden des Stranges und auch Seigerungen
besonders gering gehalten werden können.
[0015] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Achsen der Schmelzenzuleitung
im Bereich der Umleitung windschief und weisen vorzugsweise einen Normalabstand von
1/2 bis 1/6 des Innendurchmessers der Schmelzenzuleitung mit der größeren Querschnittsfläche
voneinander auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden Erfindung
ist die Schmelzenzuleitung im Schmelzenbehälter mit einem Stopfen verschließbar.
[0016] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und Beispiele näher erläutert.
[0017] Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung einer Horizontalstranggußanlage im
Schnitt und Fig. 2 den Schnitt durch eine Schmelzenzuleitung.
[0018] Der Schmelzenbehälter 1 gemäß Fig. 1 weist eine Schmelzenzuleitung 2 auf, die über
eine Austrittsöffnung des Düsensteines 3 in die flüssigkeitsgekühlte Kokille 4 mündet.
Die kleinste freie Querschnittsfläche des Düsensteines ist geringer als jene der Kokille.
Die aus dem Schmelzenbehälter herausragende Schmelzenzuleitung ist über eine Schelle
5 am Schmelzenbehälter 1 befestigt. Die Schmelzenzufuhr zur Kokille kann durch Senken
des Stopfens 6 unterbunden werden. Wie aus Fig. la ersichtlich, weist die Schmelzenzuleitung
unterschiedliche Querschnitte auf, wobei der in Strömungsrichtung zuerst liegende
Abschnitt 7 in den darauffolgenden Abschnitt 8 tangential mündet. Im Mündungsbereich
ist der Querschnitt 7 im wesentlichen schlitzförmig.
[0019] In Fig. 2 ist ein weiterer Schnitt durch eine Schmelzenzuleitung dargestellt, wobei
der Abschnitt 9 mit Achse 11 der Schmelzenzuleitung,welcher einen im wesentlichen
kreisförmigen Querschnitt aufweist, tangential in den Abschnitt 10 mit Achse 12 der
Schmelzenzuleitung mündet, welcher ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Die Querschnittsfläche des Abschnittes 9 beträgt ca. 15 cm
2, wohingegen jene des Abschnittes 10 43 cm
2 beträgt. Der Normalabstand a beträgt ca. 1/4 des Innendurchmessers d der Schmelzenzuleitung
mit der größeren Querschnittsfläche.
[0020] Für eine Horizontalstranggußanlage ist es weiters erforderlich, daß .ein Strangabzug
vorgesehen wird, wobei dieser nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, sodaß
auf dessen Beschreibung hier verzichtet werden kann.
[0021] In einer Pilot-Anlage wurden vorerst nach dem Stand der Technik unterschiedlich zusammengesetzte
Eisenbasislegierungen und C-Stähle nach dem horizontalen Stranggußverfahren gegossen.
Die Gießquerschnitte waren 0 96 mm und qu. 100 mm. Die Schmelzengewichte betrugen
2,5 und 14 t. Das Strangmaterial wurde einer eingehenden Qualitätserprobung unterworfen.
Hierfür erfolgte die Untersuchung in Quer- und in Längsrichtung des Stranges.
[0022] Die Erprobung der nach dem Stand der Technik gegossenen Stränge erbrachten folgende
Resultate:
Rundstränge wiesen ein unterschiedliches Schalenwachstum auf, welches letztlich zu
einer polygonalen Querschnittsform führte. weiters waren Kühlspannungsrisse festgestellt
worden, wobei sich die Strangfehler mit größer werdender Überhitzung des Stahles häuften.
Der Lunker und die Erstarrungsstruktur waren im Strang exzentrisch angeordnet.
[0023] Durch den Einsatz eines elektromagnetischen Feldes gelang es zwar, im Inneren des
Stranges ab ca. 1/2 Radius die Kristallisationsform zu vergleichmäßigen und den exzentrischen
Lunker in eine Kernporosität umzuwandeln, es entstanden jedoch konzentrisch angeordnete
Streifen,negativer Seigerung, die sogenannten "white bands".
[0024] Nach Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und der Möglichkeit das
erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden, wurden die Versuche mit den gleichen Legierungen
wiederholt. Die Erprobung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossenen Stränge
erbrachte folgende Ergebnisse:
Beispiel 1:
[0025] Guß von 2,5 t einer Legierung mit folgender Zusammensetzung in Gew.-%:
C 0,38, Si 0,25, Mn 0,7, P 0,021, S 0,012, Rest Eisen und Verunreinigungen.
[0026] Die Gießgeschwindigkeit bzw. mittlere Strangabzugsgeschwindigkeit aus der Kokille
betrug 1,4 m/min. Die Kokille hatte einen Querschnitt von 96 mm rund. Die Überhitzung
des Stahles am Beginn des Gusses war 75°C, dementsprechend betrug die Stahltemperatur
im Schmelzenbehälter 1570
oC. Die Schmelzenzuleitung wies einen ersten Abschnitt mit einem Innendurchmesser von
40 mm auf der in den zweiten Abschnitt mit einem Innendurchmesser von 75 mm tangential
mündete. Die beiden Querschnitte waren kreisförmig. Der Normalabstand der zueinander
windschief angeordneten Achsen betrug 17,5 mm. Die Untersuchung in Quer- und Längsrichtung
des Stranges ergab folgende Ergebnisse:
Die Querschnittsform der Stränge war kreisrund, die Strangschalenbildung schon in
der..Kokille war gleichmäßig. Die Rotation der Schmelze bewirkte, daß auch bei der
hohen Stahlüberhitzung keine Kühlspannungsrisse in der oberflächennahen Strangzone
auftraten. Die Kristallisationsform war weitgehend globulitisch, die Exzentrizität
des Lunkers konnte wesentlich gemindert werden.
Beispiel 2:
[0027] In einem weiteren Versuch, welcher mit der gleichen Stahlmarke wie im Beispiel 1
durchgeführt wurde, kamen nach der Kokille elektromagnetische Rührfelder zum Einsatz.
Die Untersuchungen dieser Stränge erbrachten, daß eine wesentlich gesteigerte Güte
der Stränge vorlag. Entgegen den Erwartungen und bisherigen Erfahrungen waren beim
Einsatz des elektromagnetischen wanderfeldes nach der Kokille keine Seigerstreifen
im Strangmaterial aufgetreten. Das elektromagnetische Feld bewirkte eine weitere entscheidende
Verbesserung der Stranginnenqualität.
[0028] Als hervorragendes Merkmal der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossenen Stränge
war die entscheidende Verbesserung der Kristallisation der oberflächennahen Strangzone
und die Oberflächengüte. Bei gleichen Abzugsparametern waren die Kerben derart reduziert,
daß bei der nachfolgenden Walzung keine Brüchigkeit, selbst bei hohen Verformungsgraden
des Stranges im ersten Stich, auftrat.
Beispiel 3:
[0029] Es wurde eine Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-%:
C 0,03, Si 0,65, Mn 1,12, Cr 17,90, Ni 9,02, P 0,022 und S 0,012 Rest Eisen gegossen.
[0030] Die Gießgeschwindigkeit betrug 1,6 m/min. Der Gießquerschnitt betrug qu. 100 mm.
Die Überhitzung der Legierung am Beginn des Gusses betrug 80°C. Die Stahltemperatur
im Schmelzenbehälter war demgemäß 1540°C.
[0031] Die Querschnittsform der Stränge war quadratisch, wobei die Rotation der Schmelze
bewirkte, daß auch bei der hohen Stahlüberhitzung keine Kühlspannungsrisse im Strang
auftraten. Die Kristallisationsform war weitgehends globulitisch. Die Exzentrizität
des Lunkers konnte wesentlich gemindert werden, wobei gleichzeitig eine wesentliche
Verringerung der Kerben an der Strangoberfläche erreicht werden konnte. Bei anschließenden
Warmverformungen traten nach dem ersten Verformungsstich keine Risse auf.
1. Verfahren zum Stranggießen von metallischen Schmelzen, insbesondere von höher schmelzenden
Legierungen, z.B. Stahl, wobei die metallische Schmelze über zumindest eine Schmelzenzuleitung
(2), z.B. Kanal, von einem Schmelzenbehälter (1), Pfanne od.dgl. in eine, im wesentlichen
horizontal angeordnete und mit diesem flüssigkeitsdicht verbundene, vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte,
Kokille (4) zugeleitet wird, und der Strang aus der Kokille (4), vorzugsweise schrittweise,
gegebenenfalls mit einem Teilschritt rückwärts gezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmelze in der Schmelzenzuleitung (2) gerührt wird, wobei eine Rotation der
Schmelze um ihre Strömungsrichtung bewirkt wird, und die bereits rotierende Schmelze
in die Kokille (4) über eine vorzugsweise eine geringere Querschnittsfläche als die
Kokille (4) aufweisende Austrittsöffnung eines Düsensteines (3) eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenzuleitung (2)
zumindest zwei unterschiedliche Querschnitte aufweist, wobei die entsprechenden Abschnitte
(7, 8, 9, 10) der Schmelzenzuleitung (2) ineinander tangential münden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenzuleitung
(2) zumindest zwei unterschiedliche, aneinander anschließende Querschnittsflächen
aufweist, wobei die Schmelze, vorzugsweise von jenem Abschnitt mit der kleineren Querschnittsfläche
in den mit der größeren Querschnittsfläche etwa tangential eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit
der Schmelze an jedem Punkt der Schmelzenzuleitung im Mittel über die Zeit im wesentlichen
konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze
von einer im wesentlichen vertikal angeordneten Schmelzenzuleitung vom Schmelzenbehälter
in eine zu dieser geneigt, vorzugsweise im wesentlichen horizontal angeordnete Schmelzenzuleitung
abgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze
in der, im wesentlichen vertikal angeordneten Schmelzenzuleitung schneller strömt,
als in der zu dieser geneigt angeordneten Schmelzenzuleitung und in diese im wesentlichen
tangential zum Querschnitt derselben eingeleitet wird.
7. Vorrichtung zum Stranggießen von metallischen Schmelzen, insbesondere höher schmelzenden
Legierungen, z.B: Stahl, mit Schmelzenbehälter (1), im wesentlichen horizontal angeordneter,
vorzugsweise flüssigkeitsgekühlter, Kokille (4) und zumindest einer zwischen diesen
angeordneten Schmelzenzuleitung und einer Strangabzugseinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmelzenzuleitung (2) zumindest zwei aneinander anschließende Abschnitte
(7, 8, 9, 10) mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, wobei in Fließrichtung
der Schmelze gesehen, der erste Abschnitt (7, 9) in den darauffolgenden (8, 10) im
wesentlichen tangential mündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche
des ersten Abschnittes (9) kleiner ist, als jene des darauffolgenden Abschnittes (10).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der
Schmelzenzuleitung im Bereich der Umlenkung der Richtung der Schmelzenströmung windschief
sind, und vorzugsweise voneinander einen Normalabstand (a) von 1/2 bis 1/6 des Innendurchmessers
(d) der Schmelzenzuleitung mit der größeren Querschnittsfläche aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenzuleitung
(7) im Schmelzenbehälter (1) mit einem Stopfen (6) auf die Einlaßöffnung schließbar
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schmelzenzuleitung (7) zwei im wesentlichen senkrecht zueinander stehende Abschnitte
aufweist, wobei einer mit der Kokille und der andere mit dem Schmelzenbehälter verbunden
ist.