DE19725435A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von MetallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
kontinuierlichen Gießen von Metallen, insbesondere Stahl, wo
bei aus einem Metallschmelzebehälter über ein Tauchrohr die
Schmelze in eine mitlaufende, aus einem Gießrad und einer
über Führungselemente entgegengesetzt umlaufenden Gieß
formendlosschleife gebildeten Gießkokille gegossen wird, und
der teilweise oder vollständig erstarrte Strang anschließend
abgezogen wird.
Bei konventionellen Stranggußanlagen mit oszillierender Ko
kille sind die Gießgeschwindigkeiten prozeßbedingt begrenzt.
Grund hierfür ist zum einen die Notwendigkeit einer starken
Wärmeabfuhr durch die Kokille und der dadurch bedingten in
tensiven Berührung zwischen Strang und Kokille. Zum anderen
treten starke Reibungskräfte zwischen der Oberfläche der sich
durch Erstarrung des geschmolzenen Metalls bildenden Stranges
und der oszillierenden Kokillenwand auf. Mit steigender
Gießgeschwindigkeit nimmt die Dicke der erstarrten Schale im
betrachteten Querschnitt ab. Bei zu hohen Geschwindigkeiten
wird dann die Schale so dünn, daß sie die Reibungskräfte
nicht mehr übertragen kann. Demgemäß sind die durch die er
forderliche Gleitbewegung des Stranges innerhalb der Kokille
und der noch wenig belastbaren Strangschale notwendigen Rei
bungsverhältnisse nur über relativ geringe Gießgeschwindig
keiten bzw. über die Zugabe von Gießpulver zu erreichen.
Bei bekannten Anlagen mit oszillierender Kokille zum Gießen
von Knüppeln aus Stahl sind beispielsweise maximale Gieß
leistungen von 42-44 t/h für einen Strang mit einem Quer
schnitt von 200-240 mm2 erreichbar, das entspricht einer ma
ximalen Gießgeschwindigkeit von 6,5 m/min.
Um im Zusammenspiel zwischen dem anfallenden Material im
Stahlwerk und der Stranggießanlage wirtschaftlich arbeiten zu
können, werden zunehmend höhere Gießleistungen gefordert. Ge
wünscht sind Gießleistungen von 90-100 t/h.
Diese Gießleistungen konnten bisher nur dadurch erreicht wer
den, daß bei der Erzeugung von Knüppeln meist gleichzeitig
mehrere Stränge parallel gegossen wurden.
Wünschenswert ist die Erhöhung der Kapazitäten, insbesondere
bei der Produktion von Langprodukten, allerdings nicht nur
alleine durch die Erhöhung der Gießgeschwindigkeit, sondern
auch durch die Vergrößerung der Gießformate und hier insbe
sondere die gegossene Länge, um die Investitions- und Ener
giekosten sowie die Ablängverluste zu minimieren.
Dem sind Grenzen gesetzt, da größere Gießdicken bzw. höhere
Gießgeschwindigkeiten den Einsatz von Gießpulvern zur Mini
mierung der Reibung zwischen Strangschale und Kokillenwand
notwendig machen. Unzulässig hohe Reibwerte zwischen Strang
schale und Kokillenwand führen zu Durchbrüchen und/oder Ober
flächenfehlern, die ein einwandfreies Verarbeiten in den Um
formstufen nicht mehr gewährleisten.
Das Wachstum der Strangschale beim Gießprozeß kann näherungs
weise mit folgender Beziehung beschrieben werden
s = K.t½
mit s = Schalendicke (mm)
K = Erstarrungskonstante (mm min-½)
t = Erstarrungsdauer (min).
K = Erstarrungskonstante (mm min-½)
t = Erstarrungsdauer (min).
Für die Dicke der Strangschale am Austritt aus der Kokille
gilt:
sm = Km.(L/v)½
mit Km = Erstarrungsfaktor für die Kokille (mm min-½)
L = Berührungslänge zwischen Strangschale und Kokille (mm)
v = Gießgeschwindigkeit (mm min-1).
L = Berührungslänge zwischen Strangschale und Kokille (mm)
v = Gießgeschwindigkeit (mm min-1).
Höhere Gießleistungen infolge höherer Gießgeschwindigkeiten
lassen sich demnach durch Erhöhung des K-Faktors, d. h. durch
intensiveren Kontakt zwischen Strangschalenoberfläche und Ko
kille bei erhöhter Berührungslänge L realisieren.
Es ist bekannt, die Gießgeschwindigkeiten über den Einsatz
mitlaufender Kokillen zu erhöhen. Die Wände dieser Kokillen
bewegen sich mit der Gießgeschwindigkeit in Gießrichtung, so
daß praktisch keine Relativbewegung zwischen der Strangober
fläche und der Kokillenwand auftritt, wodurch die die Gießge
schwindigkeit limitierenden Reibungskräfte entfallen.
Bereits in den 50er und 60er Jahren gab es Entwicklungen hin
sichtlich mitlaufender Kokillen in Form von Gießrädern und
mit laufenden Bändern. So zeigt beispielsweise das Handbuch
des Stranggießens von E. Herrmann Vorschläge zum Bandgießen
von Aluminium, wobei allerdings die Gießform direkt durch
eine Rinne im Umfang eines Gießrades und durch ein Abdeckband
gebildet wird. Derartige Vorrichtungen dienen zur Herstellung
flacher Bänder.
Zur Erhöhung der Gießgeschwindigkeit ist ein Rundstrang-Schnell
gießverfahren vorgeschlagen worden, bei dem anstelle
einer stationären Kokille eine mitlaufende Raupenkokille ver
wendet wird [Stahl und Eisen 116 (1996) Nr. 12]. Durch diese
Raupenkokille entfällt die Relativbewegung zwischen dein
Strang und der Kokille, und folglich kann die Kokillen- bzw.
die Berührungslänge zwischen dem Strang und der Kokille ver
größert werden. Mit dieser Verlängerung der Kokille bei
gleichzeitig intensiver Berührung mit dem Strang wird die
Gießgeschwindigkeit um ein mehrfaches erhöht.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
sowie ein Verfahren zur Kapazitätserhöhung beim kontinuierli
chen Gießen von Langprodukten mit unterschiedlichen Gießfor
maten und -querschnitten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs l sowie
des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er
findung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Kern der Erfindung ist es, eine Kapazitätserhöhung beim kon
tinuierlichen Gießen dadurch zu erreichen, daß durch die vor
geschlagene Vorrichtung und das Verfahren aufgrund der Mini
mierung der Reibung zwischen erstarrender Strangschale und
Kokillenwand eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit bei
gleichzeitiger Vergrößerung der Gießformate erreichbar wird.
Hierbei wird der Gießspalt bzw. das Gießformat durch die re
sultierende Form zweier, nicht notwendig gleich ausgeformter,
formschlüssig gegeneinander ablaufender Gießformteile im mit
laufenden Kokillenbereich bestimmt. Durch die sich hierdurch
ergebende Variabilität des Gießformates durch die unter
schiedliche Gestaltung der Gießformteile wird eine höhere
Flexibilität sowie Anpaßbarkeit erreicht.
Der Vorteil der Erfindung liegt aufgrund der besonderen Ge
staltung der mitlaufenden Kokille durch entsprechende Gieß
formteile mittels eines Gießrades und einer Gießformendlos
schleife darin, daß aufgrund der günstigen Bedingungen wegen
der Minimierung des Reibungseffektes ohne Gießpulver gegossen
werden kann und wegen des gezielten Einsatzes des vorgeschla
genen Kühlsystems hohe Gießgeschwindigkeiten bei Vergrößerung
der Gießdicke realisierbar sind. Es können beispielsweise
Gießgeschwindigkeiten bis 15 m/min erzielt werden. Damit ist
eine Kapazitätssteigerung trotz Vergießen nur eines Stranges
erreichbar. Aufgrund der hohen realisierbaren Gießgeschwin
digkeiten und des hohen Wärmeinhalts des erzeugten Stranges
wird ein direkter Einsatz in der Umformstufe ohne Zwischener
hitzung möglich. Durch das vorgeschlagene Kühlsystem ist eine
optimale Einstellung der gewünschten Wärmeinhalte möglich.
Grundsätzlich können durch die unterschiedliche Wahl der
Gießformteile verschiedene Gießformate erreicht werden. Hier
bei kann der eigentliche Gieß- und Erstarrungsprozeß voll
ständig oder nur teilweise im Inneren des Gießradquerschnitts
ablaufen. Die erste Möglichkeit ist beispielsweise dadurch
realisierbar, daß in eine rillenförmige Aussparung des Gieß
rades ein Gießformteil mit profilartigem Gießformat einge
setzt ist und somit bereits drei Seiten der Gesamtform gebil
det sind. Die noch freie Seite des Gießproduktes wird durch
das Gießformteil gebildet, das auf der Gießformendlosschleife
befestigt ist, wobei dieses Gießformteil in den Gießradquer
schnitt hineinreicht.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der
Gießprozeß über die geeignete Wahl und Ausgestaltung der
Gießform nur teilweise im Inneren des Gießradquerschnitts ab
läuft.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Gießformendlosschleife
um eine Gliederkette, deren einzelne Glieder miteinander ge
lenkig verbunden sind oder entlang eines Stahlbandes laufen,
wobei an den einzelnen Gliedern die Gießformteile montiert
sind. Diese zweiten Gießformteile können so ausgebildet sein,
daß sie entweder in den Gießradquerschnitt hineinreichen, um
in Formschluß mit dem ersten Gießformteil zu kommen. Anderer
seits wird der Formschluß mit dem ersten Gießformteil mit dem
Abschluß des Gießrades bewirkt.
Über die Ausgestaltung der einzelnen Gießformteile können un
terschiedliche Endprodukte gegossen werden. Es sind Gießform
teile mit runden, halbrunden, vorprofilartigen, rechteckigen
oder quadratischen Abmessungen denkbar.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der
in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Er
findung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gießvorrichtung nach einer Ausführungsform
der Erfindung, schematisch im Längsschnitt darge
stellt;
Fig. 2 die sich im Schnitt A-A in Fig. 1 ergebenden
Gießformate aufgrund unterschiedlich ausgebilde
ter erster und zweiter Gießformteile;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Kühlsystems am
rückwärtigen Bereich der Gießformendlosschleife;
Fig. 4 die in Fig. 2 dargestellten Gießformate in ver
größerter Ansicht.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen
von Langprodukten dargestellt. Die Anlage besteht aus einer
mitlaufenden Gießkokille 1, die von einem darüber angeordne
ten Metallschmelzebehälter 2, d. h. Verteiler, gespeist wird.
Die mitlaufende Kokille 1 setzt sich aus einem Gießrad 3 und
einer über Führungselemente 4 entgegengesetzt umlaufenden
Gießformendlosschleife 5 zusammen. Das Gießformat wird be
stimmt über erste und zweite Gießformteile 6, 7, wobei das
erste Gießformteil 6 mit dem Gießrad 3 verbunden ist und die
zweiten Gießformteile 7 als einzelne Elemente entlang eines
Stahlbandes 8 in Form einer Gliederkette montiert sind.
Das Gießrad 3 weist eine innere Kühlung auf, während die End
losschleife 5 über ein zur mit laufenden Kokille 1 rückwärti
ges System 9 gekühlt wird. Die als Gliederkette 5 ausgebil
dete Gießformendlosschleife wird mittels Rollen 10 entlang
des Umfangs des Gießrades 3 im Bereich der mitlaufenden Ko
kille 1 geführt.
Das schmelzflüssige Metall wird über ein Tauchrohr 11 in den
Spalt der mitlaufende Kokille gegossen. Die Schmelze erstarrt
in dem durch die Gießformteile 6, 7 vorgegebenen Format 12 in
der mitlaufenden Kokille. Aufgrund der langen Ausbildung des
Kokillenbereichs sowie des verminderten Reibungseinflusses
durch die mitlaufende Kokille kann mit hohen Geschwindigkei
ten gegossen werden. Nach Erstarrung der Randschale wird der
Strang mit Hilfe einer Auszugseinheit 16 abgezogen. Er wird
über Führungsrollen 13 und ein Abkühlleitsystem 14 unter
Wasserbesprühung zur Weiterverarbeitung in der Umformstufe
weitergeleitet.
Die mitlaufende Kokille 1 bzw. das Gießformat werden durch
erste und zweite Gießformteile 6, 7 gebildet. Das erste Gieß
formteil 6 ist mit dem Gießrad 3 verbunden. Die Fig. 2 und
4 zeigen mögliche Ausführungsformen der sich ergebenden Gieß
formate 12. In Fig. 2a bzw. Fig. 4a ist das erste Gießform
teil 6 vollständig in einer rillenförmigen Aussparung 15 des
Gießrades 3 eingebracht. Das erste Gießformteil 6 bildet be
reits drei Seiten eines vorprofilartigen Gießformates aus.
Das zweite Gießformteil 7, bei dem es sich um einzelne von
einem Stahlband 8 geführte Gliederelemente handelt, greift in
den Querschnitt des Gießrades ein und bildet die andere Seite
des endgültigen Profilformates.
Die Fig. 2b, c bzw. 4b, c zeigen das Gießformat eines runden
Langproduktes. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kommen die
ersten und zweiten Gießformteile 6, 7 innerhalb der Ausparung
15 des Gießrades, d. h. innerhalb des Gießradquerschnittes,
zum Formschluß. Das zweite Gießformteil 7 ist hierbei auf ei
nem Stahlband 8 montiert. Der sich ergebende Formschluß zwi
schen den Teilen der Gießform verhindert ein Auslaufen von
Schmelze. Im zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2c und
4c) kommt es zum Formschluß zwischen der ersten und zweiten
Gießform mit Abschluß des Gießradquerschnittes. Der Gießpro
zeß findet daher teilweise außerhalb des Gießradquerschnittes
statt. Diese Ausführungsformen sind nicht auf runde Langpro
dukte begrenzt. Es ist jede Art von anderen Gießformaten
denkbar, die jeweils durch passende Gießformteile 6, 7 be
reitzustellen sind.
Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Abkühlsy
stems 9 der Fig. 1. Aufgrund des über den ganzen Bereich der
mitlaufenden Kokille sich erstreckenden Kühlsystems ist eine
gute Wärmekontrolle des Stranges möglich. Trotz hoher Gießge
schwindigkeiten und großer Gießformate wird eine symmetrische
Erstarrung des Stranges gewährleistet und die Bildung von
Fehlstellen oder Rissen verhindert.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metallen,
insbesondere Stahl, bestehend aus einem Metallschmelzebe
hälter und einer mitlaufenden, aus einem Gießrad und ei
ner über Führungselemente entgegengesetzt umlaufenden
Gießformendlosschleife gebildeten Gießkokille,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gießformat über ein erstes Gießformteil (6), das
mit dem Gießrad (3) verbunden ist, und über ein zweites
Gießformteil (7), das auf der Gießformendlosschleife (5)
montiert ist, gebildet ist, wobei diese Gießformteile (6,
7) im Kokillenbereich (1) formschlüssig gegeneinander ab
laufen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kühlsystem (9) vorgesehen ist, das die Gieß
formendlosschleife (5) im Kokillenbereich rückwärtig
kühlt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Gießformteile (6, 7) so zueinander ange
ordnet sind, daß der Gießprozeß vollständig oder nur
teilweise im Inneren des Gießradquerschnitts abläuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Gießformteil (6) in eine am Außenumfang des
Gießrades in dessen Umfangsrichtung verlaufende und in
dessen Radialrichtung nach außen offene Aussparung (15)
des Gießrades eingesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Gießformteil (6) auf den Außenumfang des
Gießrades montiert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Gießformendlosschleife (5) um ein
Stahlband (8) handelt, auf dem einzelne Gliederelemente
geführt werden, wobei an die einzelnen Glieder die Gieß
formen montiert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Gießformendlosschleife (5) um eine
Gliederkette handelt, deren einzelnen Glieder miteinander
gelenkig verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gießrad (3) im Inneren gekühlt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießformteile (6, 7) eine Gießform mit Rundformat
bilden
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießformteile (6, 7) eine Gießform mit recht
eckigem Format bilden.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießformteile (6, 7) eine Gießform mit profilar
tigen Formaten bilden.
12. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen, ins
besondere Stahl, bei dem aus einem Metallschmelzebehälter
über ein Tauchrohr die Schmelze in eine mitlaufende, aus
einem Gießrad und einer über Führungselemente entgegenge
setzt umlaufenden Gießformendlosschleife gebildeteten
Gießkokille gegossen wird, und der teilweise oder voll
ständig erstarrte Strang anschließend abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Wahl eines ersten Gießformteiles (6), das
mit dem Gießrad (3) verbunden ist, und eines zweiten
Gießformteiles (7), das auf der Gießformendlosschleife
(5) montiert ist, Langprodukte mit dem Endprodukt ange
näherten Querschnittsformen gegossen werden, wobei die
Gießformteile (6, 7) im Kokillenbereich formschlüssig ge
geneinander ablaufen.
Priority Applications (1)
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- 1997-06-16 DE DE1997125435 patent/DE19725435C2/de not_active Expired - Fee Related
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Owner name: SMS DEMAG AG, 40237 DUESSELDORF, DE |
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