DE3704786A1 - Verfahren zum angiessen einer ein- oder mehradrigen stranggiessanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Angie­ ßen ein- oder mehradriger Stranggießanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den bekannten Herstellungsverfahren vom Metallsträn­ gen insbesondere Stahlsträngen wird der nach einem be­ liebigen Herstellungsverfahren erschmolzene Stahl in eine Pfanne abgestochen und von dort in ein Zwischenge­ fäß gegossen.

Durch eine oder mehrere Öffnungen im Zwischengefäß, die mit Ausgußsteinen versehen sind, fließt der Stahl in die den Öffnungen zugeordnete Kokillen.

Die Öffnungen der Zwischengefäße sind bekanntlich mit geeigneten Vorrichtungen verschließbar, um auf diese Weise die Durchflußmenge des flüssigen Stahles unter Be­ rücksichtigung der Abzugsgeschwindigkeit des erstarren­ den Stranges zu regulieren.

Beim Angießen aus der Pfanne in den Zwischenbehälter werden Verunreinigungen, wie beispielsweise Schlacke­ teilchen und/oder Feuerfest-Material mitgespült und auf diese Weise der Strang in unerwünschter Weise verun­ reinigt.

Diesem Übel kann dadurch begegnet werden, daß die Öffnungen im Zwischengefäß so lange geschlossen werden, bis sich im Zwischengefäß eine ausreichende Stahlbadhöhe eingestellt hat und die spezifisch leichteren Verunreinigungen in die Schlackenschicht über dem Stahlbad aufgestiegen sind.

Bei Metallgießvorgängen der verschiedensten Art kommt es jedoch immer wieder vor, insbesondere bei verschlos­ senen Ausgußöffnungen, daß beim Anguß die flüssige Schmelze in der Ausgußöffnung erstarrt. Dies hat zur Folge, daß es bei Verwendung eines schieberverschluß­ reguliertem Ausguß zum Festkleben des Schiebers kommt und der Ausguß nicht mehr geöffnet werden kann.

In den österreichischen Patentschriften 2 74 266 und 2 75 063 wird deshalb bei mit Schieberverschluß ausge­ rüsteten Gießgefäßen von oben in die Ausgußöffnungen Füllstoffe mit niedrigem Liquiduspunkt, wie z. B. Blei oder auch hütchenförmige Blecheinsätze eingesetzt, um die flüssige Stahlschmelze auf Abstand von den Ver­ schlußteilen des Schieberverschlusses zu halten, bis sich eine erwünschte Stahlbadhöhe im Zwischengefäß ein­ gestellt hat.

Diese Verfahren konnten keinen Eingang in die Praxis finden, weil Blei einerseits bei hochwertigen Edelstahl­ güten als unerwünschte Verunreinigung gilt und anderer­ seits Blei wegen seiner geringen Oberflächenspannung das porige feuerfeste Material der Schieberplatte infiltriert, durchdringt und für die im Gießgefäß befindliche Schmelze durchlässig macht.

Wie Versuche gezeigt haben, vermag ein in die Ausgußöff­ nung eingelegter hutförmiger Blecheinsatz das Einfrie­ ren des Ausgusses entweder nicht zu verhindern oder aber das Bodenblech des Einsatzes schmilzt auf bevor eine erwünschte Stahlbadhöhe im Zwischengefäß er­ reicht ist.

Weiterhin wird in der DE-AS 19 60 801 vorgeschlagen, bei geschlossenem Schieberverschluß ein exothermes Mate­ rial mit unterhalb der Erstarrungstemperatur liegender Zündtemperatur in den Ausguß zu füllen, um ein sponta­ nes Aufschmelzen bereits erstarrter Stahlschmelze zuver­ lässig zu ermöglichen.

Beim Öffnen der unter dem Ausguß angeordneten Verschluß­ einrichtung soll das exotherme Material unmittelbar von der Strahlungswärme der erstarrten Metallschmelze ent­ zündet werden, so daß durch die freiwerdende Verbren­ nungswärme von etwa 2500°C die erstarrte Schmelzen­ schicht aufgeschmolzen wird, ohne daß es eines äußeren Eingriffes bedarf.

Für den Durchschnittsfachmann muß ein solches Verfahren Theorie bleiben. Insbesondere bedarf es der Erläute­ rung, auf welche chemisch physikalischen Regeln sich die Behauptung stützt, daß sich erst nach Öffnen des unter dem Ausguß angeordneten Verschlusses das exother­ me Gemenge oder Gemisch durch die Strahlungswärme von oben entzündet und den Ausguß aufschmilzt. Die gestell­ te Aufgabe kann so nicht gelöst werden.

Aus der DE-AS 19 60 801 ist es weiterhin bekannt, eine aus einem exothermen Gemisch gepreßte Zündtablette vor dem Anbringen des Schieberverschlusses von oben in die freie Durchlaßöffnung der Schieberplatte dichtflächen­ bündig einzusetzen. Nach Montage des Schieberverschlus­ ses soll die Schieberplatte in Verschlußstellung ver­ bleiben und vor dem Einbringen der flüssigen Schmelze zunächst eine etwa 2 cm hohe Schicht aus Eisenspänen und dann eine Schicht aus Kalziumsilicium in die Durch­ flußöffnung der Ausgußhülse eingefüllt werden.

Diese Schichten können bei dem bekannten Verfahren auch in eine mit ihrem Außendurchmesser dem Durchmesser der Durchflußöffnung entsprechenden Papphülse eingebracht und zusammen mit der Papphülse vor dem Anbringen der Schieberplatte von unten in die Öffnung des Ausgießstei­ nes eingeführt werden.

Beim Füllen des Zwischengefäßes sollen die in den Aus­ gußstein eingebrachten Schichten schmelzen und durch die dabei freiwerdende Lösungswärme das Feuerfest-Ma­ terial des geschlossenen Schieberverschlusses aufhei­ zen. Wenn das Zwischengefäß geleert werden soll, soll beim Öffnen des Schieberverschlusses die in diesen ein­ gesetzte Zündtablette, die in dem Ausgußstein erstarr­ ten Schmelzenteile wieder verflüssigen, so daß der Ab­ guß erfolgen kann.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren nicht gezielt reproduzierbar ist, weil sich die im Aus­ gußstein erstarrte Schmelze nur selten auf diese Weise wieder verflüssigen läßt. Durch die notwendigen umfang­ reichen Montagearbeiten ist dieses Verfahren, insbeson­ dere, wenn mit Tauchrohren gegossen werden soll, nicht anwendbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die geschil­ derten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe insbesondere bei Sequenzguß von hochwertigen Stählen das Angießen zur Herstellung von Gußsträngen mit hohem Reinheitsgrad sicher gewähr­ leistet ist.

Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß allseitig ge­ schlossene metallische Hüllen, die mit einer Pulver­ mischung gefüllt sind, als Hilfsstopfen von oben in Bodenauslaßöffnungen des auf 500 bis 1000°C vorge­ wärmten Zwischengefäßes so eingesetzt, daß jeweils zwischen der Unterseite des Hilfsstopfens und der beweglichen Schieberplatte des Schieberverschlusses ein Freiraum verbleibt, wobei beim anschließenden Beginn des Füllens des Zwischengefäßes alle Schieberver­ schlüsse voll geöffnet sind und jeder Schieberverschluß solange offengehalten wird, bis sich der zugeordnete Hilfsstopfen aufgelöst hat und das Beschicken der Kokil­ len beginnt, worauf der Schieber des Schieberverschlus­ ses im Sinne einer den Durchfluß drosselnden Schließbe­ wegung erstmals betätigt und seine Steuerung der auto­ matischen Durchflußregulierung der Gießspiegelregelung übergeben wird. Erfindungsgemäß wird der zeitliche Ver­ satz zwischen dem Anfahren einzelner Stränge durch das Einsetzen von Hilfsstopfen unterschiedlicher zeitlicher Auslöscharakteristik beeinflußt.

Bei einer zum Angießen vorbereiteten mehradrigen Strang­ gießanlage, deren Kokillen an ein gemeinsames Zwischen­ gefäß angeschlossen sind, wobei der Anzahl der Kokillen entsprechende Bodenauslaßöffnungen, diesen zugeordnete, im Durchflußquerschnitt über eine Gießspiegelregelung veränderbare Schieberverschlüsse und in die Kokillen reichende Tauchrohre vorgesehen sind und in die Bodenaus­ laßöffnungen des Zwischengefäßes durch intensive Wärme­ einwirkung auflösbare oder durch Hitzeeinwirkung zünd­ bare mit exotherm reagierender Pulvermischung gefüllte Hilfsstopfen eingesetzt sind, werden erfindungsgemäß die Hilfsstopfen, die eine allseits geschlossene metallische Hülle aufweisen, in derem Innern die Pulvermischung eingebracht ist, so in die Bodenauslaßöffnungen des Zwischengefäßes eingesetzt, daß jeweils zwischen der Unterseite des Hilfsstopfens und dem Auslaufende des Ausgußsteines ein Freiraum von einem Drittel der ge­ samten Durchflußlänge des Ausgußsteines verbleibt, wobei alle Schieberverschlüsse voll geöffnet sind.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind den kennzeichnen­ den Teilen der Ansprüche 4 und 5 zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Hilfsstopfen ist dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülle der Hilfsstopfen aus Stahl besteht und einen ringförmigen Mantel, einen Boden und einen Deckel aufweist, daß die Wanddicke des Mantels bei 0,8 bis 1 mm liegt, und daß der Deckel 1 bis 3 mm, der mit einer Bohrung versehene Boden max 10 mm dick ist, wo­ bei der Deckel vorzugsweise aus einem austenitischen Werkstoff besteht.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hilfsstopfens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pul­ vermischung durch eine oder mehrere zwischen Deckel und Boden im Abstand zueinander eingelegte Stahlblech­ scheiben in Schichtlagen unterteilt ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen im nachfolgen­ den näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Zwischengefäß im Schnitt mit eingebrachtem Hilfsstopfen, Schieberverschluß und Tauchrohr,

Fig. 2 eine einfache Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Hilfsstopfens im Schnitt,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Hilfsstopfen im Schnitt mit Mehrkammersystem.

In Fig. 1 ist ein Zwischengefäß 1 mit einer feuerfesten Auskleidung 2, einer Bodenauslaßöffnung 3, einem Schie­ berverschluß 4, einem Tauchrohr 5 und ein erfindungsge­ mäßer Hilfsstopfen 6 im Schnitt dargestellt.

Zwischengefäße 1 mit beispielsweise sechs Bodenauslaß­ öffnungen 3 haben in der Regel eine Länge von ca. 7 m, eine obere lichte Innenweite von ca. 1,5 m, eine untere lichte Innenweite von ca. 0,80 m bei einer Gesamthöhe von ca. 1,20 m.

Der Abstich aus einer Gießpfanne in ein Zwischengefäß 1 erfolgt über einen außen in der Mitte des Zwischenge­ fäßes angeordneten, mit einem Fuchs versehenen Einguß (nicht dargestelt). Von der Mitte des Zwischengefäßes 1 legt die flüssige Schmelze bis zu den äußeren Bodenaus­ laßöffnungen 3 einen Weg von ca. 3 m nach jeder Seite hin zurück. Auf dem Weg von dem Einguß bis zu den Bo­ denauslaßöffnungen 3 spült die flüssige Schmelze Ver­ unreinigungen und lose Partikel der Feuerfestausklei­ dung 2 durch den geöffneten Schieberverschluß 4 und das Tauchrohr 5 in die Kokille (nicht dargestellt) und ver­ unreinigt auf diese Weise die ersten Meter der einzel­ nen Gußstränge.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, müßten die Schieberver­ schlüsse 4 zunächst solange geschlossen bleiben, bis sich eine Schmelzbadspiegelhöhe von mindestens 20 cm im Zwischengefäß 1 eingestellt hat und die spezifisch leichteren Verunreinigungen in die Schlackenschicht auf der Schmelze aufgeschwommen sind.

Das Schließen der Schieberverschlüsse 4 vor dem Angie­ ßen ist jedoch nicht möglich, weil die flüssige Schmel­ ze bedingt durch Temperaturverluste in den Bodenauslaß­ öffnungen 3 einfriert und die Schieberplatten 7 der Schieberverschlüsse 4 mit blockiert.

Die Abstichtemperatur der flüssigen Schmelze liegt zwi­ schen 40 bis 80°C über dem Liquiduspunkt. Auf dem Weg von der Gießpfanne bis zu den Bodenauslaßöffnungen sinkt beim Angießen die Temperatur soweit ab, daß der Liquiduspunkt unterschritten wird und die Schmelze in den Bodenauslaßöffnungen 3 erstarrt, weil die Bodenaus­ laßöffnungen 3 und die Schieberverschlüsse 4 vor dem An­ gießen nur auf ca. 1000°C aufgeheizt werden können. Bei der Verwendung von Tauchrohren 5 ist ein nachträg­ liches Aufbrennen der erstarrten Schmelze mit Blaslan­ zen nicht mehr möglich.

Um bei geöffneten Schieberverschlüssen 4 eine Schmelz­ badspiegelhöhe im Zwischengefäß 1 von mindestens 20 cm Höhe einzustellen, werden in die trichterförmigen Bo­ denauslaßöffnungen 3 je nach Bedarf die in Fig. 2 oder in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Hilfsstop­ fen 6 vor dem Angießen eingesetzt.

Der Hilfsstopfen 6 nach Fig. 2 besteht aus einem trich­ terförmigem Blechmantel 8, der in die trichterförmige Bodenauslaßöffnung 3 einsetzbar ist. Die Wanddicke des Blechmantels 8 beträgt ca. 0,8-1,0 mm.

Der Blechmantel 8 ist an seinem oberen Ende mit einem Deckel 9 und an seinem unteren Ende mit einem Boden 10 verschließbar, wobei der Deckel 9 eine Dicke von 1- 3 mm aufweist und aus einem Material mit niedrigem Li­ quiduspunkt besteht. Der mit einer Bohrung 12 versehe­ ne Boden 10 ist maximal 10 mm dickt. Der Innenraum 11 des Hilfsstopfens 6 ist mit einer definierten Menge aus exotherm reagierendem Ferro-Silizium teilweise ge­ füllt. Der so gefertigte Hilfsstopfen 6 wird vor dem Angießen von oben in die Bodenauslaßöffnung 3 des Zwi­ schengefäßes 1 eingesetzt.

Bei durchgeführten Versuchen betrug die Haltezeit der flüssigen Schmelze im Zwischengefäß während des Angie­ ßens beim Einsatz der erfindungsgemäßen Hilfsstopfen 6 mit einer Deckeldicke von 1 mm, einer Innenraumfüllung von 100 g exotherm reagierendem Ferro-Silizium und ei­ ner Bodendicke von 6 mm 1½ Minuten, bis die Boden­ auslaßöffnung freigeschmolzen war.

In dieser Zeit war der Schmelzbadspiegel auf 20 cm im Zwischengefäß 1 angestiegen. Die Regulierung der Aus­ flußmenge konnte nah dem Aufschmelzen der Bodenauslaß­ öffnungen mit einer automatischen Gießspiegelregelung störungsfrei gesteuert werden.

Ist es wünschenswert, mehrere Gießstränge gleichzeitig anzugießen, kann die zeitliche Auflöscharakteristik durch dickere bzw. dünnere Ausbildung des Deckels 9 und die Vergrößerung oder Verkleinerung der Menge des exo­ therm reagierenden Ferro-Siliziums eingestellt werden. Nach dem Einbringen der flüssigen Schmelze in das Zwi­ schengefäß 1 werden auf diese Weise die Deckel 9 der Hilfsstopfen 6, die dem Einguß am nächsten liegen, lang­ samer aufgeschmolzen und dadurch das exotherm reagieren­ de Gemenge oder Gemisch im Innern des Hilfsstopfens später gezündet als bei den weiter vom Einguß entfernt gelegenen Hilfsstopfen.

Die Auflöscharakteristik des Hilfsstopfens 6 nach Fig. 1 zeichnet sich aus durch drei nacheinander ablau­ fende Einzelschritte

• 1. Durchbrennen des Deckels 9 durch flüssige Schmel­ ze.
• 2. Zünden des exotherm reagierenden Ferro-Sili­ ziums.
• 3. Aufschmelzen des Bodens 10 durch die Verbren­ nungswärme des Ferro-Siliziums.

Während der exothermen Reaktion des Ferro-Siliziums kön­ nen sich Gase bilden, die das progressiv verbrennende Gemisch vor dem Aufschmelzen des Bodens 10 aus dem ge­ wünschten Wirkbereich nach oben in das Zwischengefäß 1 drücken.

Die Bohrung 12 im Boden 10 ermöglicht einerseits das Entweichen von Verbrennungsgasen nach unten und stellt andererseits eine Schwachstelle des Bodens zum leichte­ ren Aufschmelzen sicher.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Hilfsstopfens 6 mit veränderter Auflöscha­ rakteristik wiedergegeben.

Die Auflöscharakteristik des Hilfsstopfens 6 zeichnet sich durch fünf nacheinander ablaufende Einzelschritte aus

• 1. Durchbrennen des Deckels 9′ durch die flüssige Schmelze.
• 2. Zünden des exotherm reagierenden Ferro-Siliziums im Innenraum 11′.
• 3. Aufschmelzen der Stahlblechscheibe 13.
• 4. Zünden des exotherm reagierenden Ferro-Siliziums im Innenraum 11′′.
• 5. Aufschmelzen des Bodens 10′.

Bei Verwendung von Hilfsstopfen mit eingelegter Blech­ scheibe 13 und zwei Kammern 11′ und 11′′ für exotherm reagierendes Ferro-Silizium kann die Standzeit für das Zwischengefäß im Sinne der Erfindung wesentlich verlän­ gert werden, ohne daß die Gefahr des Einfrierens in den Ausgußöffnungen besteht.

Claims (9)

1. Verfahren zum Angießen einer ein- oder mehradri­ gen Stranggießanlage, deren Kokillen aus einer Pfanne über ein gemeinsames Zwischengefäß, das der Anzahl der Kokillen entsprechende Bodenauslaßöffnungen, diesen zu­ geordnete, im Durchflußquerschnitt über eine Gießspie­ gelregelung veränderbare Schieberverschlüsse und in die Kokillen reichende Tauchrohre aufweist, mit schmelzflüssigem Stahl beschickt werden, wobei vor dem Angießen in die Bodenauslaßöffnungen durch in­ tensive Wärmeeinwirkung auflösbare, eine durch Hitze­ einwirkung zündbare, exotherm reagierende Pulvermi­ schung enthaltende Hilfsstopfen zur zeitlich verzögerten Freigabe der Bodenauslaßöffnungen eingesetzt werden und wobei die Schieberverchlüsse zeitlich verzögert zum Beginn des Füllens des Zwischengefäßes mit schmelzflüs­ sigem Stahl betätigt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß allseitig geschlossene metallische Hüllen, die mit einer Pulvermischung gefüllt sind, als Hilfsstopfen von oben in die Bodenauslaßöffnungen des auf 500 bis 1000°C vorgewärmten Zwischengefäßes so eingesetzt wer­ den, daß jeweils zwischen der Unterseite des Hilfs­ stopfens und der beweglichen Schieberplatte des Schie­ berverschlusses ein Freiraum verbleibt,
daß beim anschließenden Beginn des Füllens des Zwischen­ gefäßes alle Schieververschlüsse voll geöffnet sind und jeder Schieberverschluß so lange offengehalten wird, bis sich der zugeordnete Hilfsstopfen aufgelöst hat und das Beschicken der Kokillen beginnt, worauf der Schieber des Schieberverschlusses im Sinne einer den Durchfluß drosselnden Schließbewegung erstmals betä­ tigt und seine Steuerung der automatischen Durchfluß­ regulierung der Gießspiegelregelung übergeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Versatz zwischen dem Anfahren einzel­ ner Stränge durch das Einsetzen von Hilfsstopfen un­ terschiedlicher zeitlicher Auflöscharakteristik beein­ flußt wird.

3. Zum Angießen vorbereitete mehradrige Stranggieß­ anlage, deren Kokillen an ein gemeinsames Zwischenge­ fäß angeschlossen sind, wobei der Anzahl der Kokillen entsprechende Bodenauslaßöffnungen, diesen zugeordne­ te, im Durchflußquerschnitt über eine Gießspiegelre­ gelung veränderbare Schieberverschlüsse und in die Ko­ killen reichende Tauchrohre vorgesehen sind und in die Bodenauslaßöffnungen des Zwischengefäßes durch intensi­ ve Wärmeeinwirkung auflösbare oder durch Hitzeeinwir­ kung zündbare, mit exotherm reagierender Pulvermischung gefüllte Hilfsstopfen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfsstopfen (6) eine allseits geschlossene metallische Hülle aufweisen, in derem Innern die Pul­ vermischung eingebracht ist und so in die Bodenauslaß­ öffnungen (3) des Zwischengefäßes (1) eingesetzt sind,
daß jeweils zwischen der Unterseite des Hilfsstopfens und dem Auslaufende des Ausgußsteines ein Freiraum von einem Drittel der gesamten Durchflußlänge des Ausguß­ steines verbleibt und daß alle Schieberverschlüsse voll geöffnet sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bodenauslaßöffnungen (3) des Zwischengefäßes (1) Hilfsstopfen (6) unterschiedlicher zeitlicher Auf­ löscharakteristik eingesetzt sind.

5. Anlage nach Anspruch 3, bei der das Zwischenge­ fäß als langegestreckte Verteilerrinne mit zentralem Einlauf ausgebildet ist und 4 bis 6 Auslauföffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Auflöscharakteristik der Hilfs­ stopfen (6) so eingestellt ist, daß die weiter vom Einlauf des Zwischengefäßes (1) liegenden Hilfsstop­ fen sich schneller auflösen als die Hilfsstopfen, die dem Einlauf näher liegen.

6. Hilfsstopfen aus einer mit exothermen Pulver gefüllten Hülle, insbesondere für die Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 bzw. für eine Anlage nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülle des Hilfsstopfens (6) aus Stahl besteht und einen ringförmigen Blechmantel (8), einen Boden (10) und einen Deckel (9) aufweist,
daß die Wanddicke des Blechmantels (8) bei 0,8 bis 1,0 mm liegt,
und daß der Deckel (9) 1 bis 3 mm, der mit einer Bohrung (12) versehene Boden (10) max 10 mm dick ist.

7. Hilfsstopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung durch eine oder mehrere zwischen Deckel (9) und Boden (10) im Abstand zueinander einge­ legte Stahlblechscheiben (13) in Schichtlagen unter­ teilt ist.

8. Hilfsstopfen nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) aus einem austenitischen Stahl besteht.

9. Hilfsstopfen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung aus Ferrosilizium besteht.