DE19725435C2

DE19725435C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metall

Info

Publication number: DE19725435C2
Application number: DE1997125435
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Pleschiutschnigg; Michael Vonderbank; Wolfang Mudersbach; Otmar Palzer; Horst Keuntje; Josef Piasecki; Siegfried Henders
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: DE19725435A1

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 . t^1/2

mit s = Schalendicke (mm)
K = Erstarrungskonstante (mm min^-1/2)
t = Erstarrungsdauer (min)

Für die Dicke der Strangschale am Austritt aus der Kokille gilt:

s_m = K_m.(L/v)^1/2

mit K_m = Erstarrungsfaktor für die Kokille (mm min^-1/2)
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 mitlaufenden 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- Schnellgießverfahren vorgeschlagen worden, bei dem anstelle einer stationären Kokille eine mitlaufende Raupenkokille ver wendet wird [Stahl und Eisen 116 (196) Nr. 12]. Durch diese Raupenkokille entfällt die Relativbewegung zwischen dem 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.

Aus der DE-AS 15 08 940 ist eine ausbaubare Auskleidung für die Gießrinne eines Gießrades bekannt. In dem Gießrad ist ein ringförmiger Träger an geordnet, der wiederum eine ausbaubare Auskleidung aufweist. Das Gießformat wird durch die U-förmige Gießrinne, in die die an die U-Form angepaßte Auskleidung ein gelegt wird, sowie durch das das U-Format abschließende Band der Gießformend losschleife gebildet.

Aus der DE 28 53 867 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stranggießen geschmolzenen Metalls offenbart. Um Eckrisse auf grund der scharfen Kanten und/oder aufgrund der sich wegen der Wärmeabfuhr er gebenden Erstarrungsmusters zu vermeiden, werden wegschmelzbare, konduktive oder isolierende Stoffe oder Einrichtungen in den durch das Gießrad gebildeten Formhohlraum am Übergang zwischen Gießrad und Gießband vorgesehen. Solche Einrichtungen zum Eliminieren der scharfen Ecken können kurze, in Segmente ge teilte Blöcke sein, die am Gießband angebracht sind. Insgesamt wird das als quadra tisch, dreieckförmig, rechteckförmig oder trapezförmig vorgeschlagene Gießformat im wesentlichen durch einen entsprechend im Gießrad ausgeformten Formhohlraum gebildet, der von einem flachen Entlosband begrenzt wird.

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 1 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 körnen 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 mitlaufenden 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 Aussparung 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

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bestehend aus einem Metallschmel zebehälter und einer mitlaufenden, aus einem Gießrad (3) und einer über Führungselemente (4) entgegengesetzt um laufenden Gießformendlosschleife (5) gebildeten Gießko kille, mit einem ersten Gießformteil (6), das mit dem Gießrad (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießformat wenigstens mittels des ersten und ei nes zweiten Gießformteils (6, 7) gebildet ist und mittels der resultierenden Form der beiden Gießformteile bestimmt wird, wobei das zweite Gießformteil (7) an der Formgebung beteiligt ist und auf der Gießfor mendlosschleife (5) montiert ist und die Gießformteile im Kokillenbereich (1) formschlüssig gegeneinander ablaufen.

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 Gießformteile (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 einzelne 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 von Stahl, bei dem aus einem Metallschmelzebe hälter über ein Tauchrohr die Schmelze in eine mitlaufen de, aus einem Gießrad (3) und einer über Führungselemente (4) entgegengesetzt umlaufenden Gießformendlosschleife (5) gebildeten Gießkokille gegossen wird, wobei ein er stes Gießformteil (6) vorgesehen ist, das mit dem Gießrad (3) verbunden ist, und wobei der teilweise oder voll ständig erstarrte Strang anschließend abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl wenigstens eines zweiten Gießformtei les (7), das auf der Gießformendlosschleife (5) montiert ist, Langprodukte mit dem Endprodukt angenäherten Quer schnittsformen gegossen werden und daß das Gießformat mittels der resultierenden Form der beiden Gießformteile (6, 7) bestimmt wird, wobei die Gießformteile (6, 7) im Kokillenbereich formschlüssig gegeneinander ablaufen.