METHOD OF AND INSTALLATION FOR CONTINUOUS CASTING OF METALLIC MELTS

Abstract: 1. A method for extruding molten metals, in particular alloys with a relatively high melting point, e.g. steel, wherein the molten metal is conveyed via at least one melt feed line (2), e.g. a duct, from a melt container (1), a pan or the like, to a substantially horizontally arranged chill (4) connected with the container in a fluid-tight manner and preferably fluid-cooled, through an outlet opening of a nozzle block (3), which opening has a smaller cross-sectional area than the chill (4), and the billet is drawn backwards out of the chill (4), preferably stepwise, possibly with a partial step, characterised in that the melt is conveyed substantially tangentially into a substantially horizontal part (8, 10) of the melt feed line (2), thus effecting rotation of the melt around the longitudinal axis (12) of the part (8), and thereafter the rotating melt is conveyed into the chill (4).

Description: Verfahren urid Vorrichtung zum Stranggiessen von metallischen Schmelzen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggiessen von metallischen Schmelzen, insbesondere von höher schmelzenden Legierungen, z.B. Stahl. 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 KokillenaussenLand zu dem Kokilleninnenrand verursacht werden. Derartige Strömungen können durch geeignet angeordnete elektromagnetische Rührvorrichtungen und entsprechenden Steuerungen erreicht werden. 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. 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 Ciessrohr 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. Beim horizontalen Strangguss ist es bereits bekannt geworden, vor der Kokille in der Schmelzenzuleitung ein elektromagnetisches Ventil vorzusehen, um den Schmelzenzufluss zu verhindern. Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen von metallischen Schmeizen, 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. 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 Rotationsströmung der Metallschmelze gegeben ist. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Mit einer derartigen Vorrichtung ist eine besonders einfache Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen geschaffen, wobei gleichzeitig eine Rotation der in die Kokille ein tretenden Schmelze erreicht wird, sodass Oberflächenschäden des Stranges und auch Seigerungen besonders gering gehal ten werden können. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Achsen der Schmelzenzuleitung im Bereich der Umleitung wind schief 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 Er findung ist die Schmelzenzuleitung im Schmelzenbehälter mit einem Stopfen verschliessbar. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und Beispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung einer Hori zontalstranggussanlage im Schnitt und Fig. 2 den Schnitt durch eine Schmeizenzuleitung. Der Schmelzenbehälter 1 gemäss Fig. 1 weist eine Schmelzen zuleitung 2 auf, die über eine Austrittsöffnung des Düsen steines 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 Schmelzen- behälter 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. 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 Ab 2 schnittes 9 beträgt ca. 15 cm , wohingegen jene des Ab- schnittes 10 43 cm2 beträgt. Der Normalabstand a beträgt ca. 1/4 des Innendurchmessers d der Schmelzenzuleitung mit der grösseren Querschnittsfläche. 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. 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 ¯ 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. Die Erprobung der nach dem Stand der Technik gegossenen Stränge er brachten 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. 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,ne- gativer Seigerung, die sogenannten white bands". 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: 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. Die Glessgeschwindigkeit 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 0 Gusses war 75 C, dementsprechend betrug die Stahltemperatur im Schmelzen- behälter 1570 0C. 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 angeordneteii Achsen betrug 17,5 mm. Die Untersuchu-ng 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: 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. 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: 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. 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 15400 C. 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.

Claims: Patentansprüche : 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.dgi 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 Austritts öffnung 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 Lbis 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.

Inventors: MACHNER, PETER, DIPL.-ING.
Applicants: BOHLER GESELLSCHAFT M.B.H., VOEST-ALPINE INDUSTRIEANLAGENBAU GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1985
Main classification: B22D11
IPC codes: B22D11