DE2944159A1

DE2944159A1 - Verfahren zur herstellung einer desoxidierten stahlbramme durch kontinuierliches giessen

Info

Publication number: DE2944159A1
Application number: DE19792944159
Authority: DE
Inventors: Hiromu Fujii; Osamu Kitamura; Seizo Mineyuki; Tetsuro Ohashi; Eiichi Takeuchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1980-05-22
Also published as: DE2944159C2; GB2034219A; FR2440794B1; FR2440794A1; IT7969160A0; US4298050A; GB2034219B; IT1119408B; AU5199779A; AU516491B2; BR7907167A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sogenannten gering desoxidierten Stahls, der beunruhigten oder halbberuhigten Stählen sehr ähnlich ist, durch kontinuierliches Gießen. Seit vielen Jahren werden Versuche unternommen, Stähle, die beunruhigten oder halbberuhigten Stählen entsprechen, durch kontinuierliches Gießen herzustellen. Derartige kontinuierlich gegossene Stähle wurden

nicht

jedoch bis heute/in der Praxis wegen der Probleme beim kontinuierlichen Gießen und der Stahlqualität, insbesondere wegen der durch Lunker verursachten Fehler auf der Oberfläche der Bramme hergestellt. Ein derartiges Phänomen,wie die Wirkung der Beunruhigung, die bei dem üblichen Barrengießen vorkommt, verursacht in dem Pulvergießverfahren, das in die meisten der modernen kontinuierlichen Gießverfahren aufgenommen wurde, Schwierigkeiten in der Produktion, beispielsweise ein Aufplatzen und dgl. Vor dem kontinuierlichen Gießen wird deshalb die Desoxidation so unter Kontrolle gehalten, daß sie nicht die Wirkung der Beunruhigung beeinflußt. Wenn jedoch die Menge des freien Sauerstoffs in dem derart auf die Desoxidation eingestellten geschmolzenen Stahl über etwa 50-70 ppm bei einer Verfestigungstemperatur von 152O-155O°C liegt, können Lunker auf der Oberfläche eines Stranges gebildet werden. Diese Lunker werden der Umgebungsluft vor dem Walzen ausgesetzt und bl-eiben als Oberflächenfehler auf den Walzprodukten zurück, da die Innenoberflächen der Lunker durch die Umgebungsluft oxidiert werden. Die vorstehend genannte Sauerstoffkonzentration kann mit Hilfe einer Sauerstoffkonzentrationszelle unter Verwendung von Zirkondioxid (ZrO₂),das mit Calciumoxid (CaO) stabilisiert ist, als Festelektrolyt, eines Gemisches aus Chrom und eines Chromoxids (Cr₃O₃) als Standardelektrode und Eisen (Fe) als Gegenelektrode gemessen werden.

Beim heute üblichen kontinuierlichen Gießen von Stählen, die beunruhigten oder halbbeunruhigten Stählen entsprechen, werden die Stähle mit dem Desoxidans oder durch Vakuumentgasen sehr stark desoxidiert, um den Ablauf der Beunruhigungswirkung zu verhindern. Als Ergebnis wird die hohe Produktions-

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geschwindigkeit des kontinuierlichen Gießens vollständig nutzbar gemacht. Andererseits wurde in mehreren Berichten der Tatsache Beachtung geschenkt, daß die durch Lunker verursachten Oberflachenfehler auf dem Strang auf eine ungenügende Beunruhigungsbehandlung zur Entfernung der Lunker zurückzuführen sind. In diesen Berichten werden Verfahren zur Unterstützung der Beunruhingungsbehandlung von gering desoxidierten Stahl oder von Stahl, dessen Desoxidation noch nicht beendet ist, vorgeschlagen. Bei den vorgeschla-

]q genen Verfahren wird der geschmolzene Stahl mit Hilfe einer elektromagnetischen Kraft innerhalb der Kokille gerührt. Diese Verfahren lassen sich in ein Verfahren, bei dem der geschmolzene Stahl innerhalb der Kokille in waagrechter oder senkrechter Richtung mit Hilfe einer elektromagnetisehen Rührvorrichtung, die im Innern der Kokille angeordnet ist, gerührt wird, und ein Verfahren unterteilen, bei dem der geschmolzene Stahl innerhalb der Kokille mit Hilfe einer elektromagnetischen Rührvorrichtung, die unterhalb der Kokille angeordnet ist, derart gerührt wird, daß eine zirkulierende Strömung erzeugt wird. Das Verfahren zur Anordnung der elektromagnetischen Rührvorrichtung im Innern der Kokille ist beispielsweise in der JA-OS 51-2621 und JA-AS 5 3-34164 beschrieben, während das Verfahren zur Anordnung der elektromagnetischen Vorrichtung unterhalb der Kokille in den JA-OSen 49-12652 3 und 50-68915 beschrieben ist. Wenn der geschmolzene Stahl innerhalb der Kokille der elektromagnetischen Rührkraft unterzogen wird um die Beunruhigungsbehandlung zu unterstützen, treten folgende Nachteile in der Praxis auf. Da die erzeugten Blasen sich nach oben bewegen und infolge der Beunruhigungsbehandlung in den vorstehend erwähnten Verfahren entfernt werden, ist die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls, die zur Beförderung der Blasen benötigt wird, relativ hoch. Anzumerken ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit von der Sauerstoffkonzentration im geschmolzenen Stahl abhängt. Da der Sauerstoffgehalt der in der Praxis gießbaren wenig desoxidierten Stähle oder der Stähle, deren Desoxidation

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] noch nicht beendet ist, geringer ist als derjenige^ der fUr eine merkliche Beunruhigungsbehandlung benötigt wird, kann eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 3,0 m/sek. notwendig sein. Wenn jedoch die Blasen durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit nach oben bewegt oder entfernt werden, kann eine Störung der geschmolzenen Stahloberflache durch die stürmische Ruhrbewegung des geschmolzenen Stahls innerhalb der Kokille verursacht werden. Das Pulver für das kontinuierliche Gießen, das auf der geschmolzenen Stahloberflache vorliegen soll, hat folgenden Zweck zu erfüllen:

Schmierung zwischen der Kokille und dem Strang; Verhinderung eines Temperaturabfalls des geschmolzenen Stahls; Verhinderung einer Reoxidation des geschmolzenen Stahls und Aufnahme von Einschlüssen, die im geschmolzenen Stahl enthalten sind. Die Störung der geschmolzenen Stahloberflache verursacht wiederum eine Störung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche, was zur Folge hat, daß die wesentlichen Funktionen des Pulvers nicht vorliegen und Probleme, wie das Zusammenbacken des Pulvers und ein Aufplatzen, erzeugt werden können. Da das Pulver für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche in der Kokille für das gegenwärtig durchgeführte kontinuierliche Gießen unabdingbar ist, ist es wichtig, die Störung der geschmolzenen Stahloberfläche zu verhindern. Dementsprechend ist das Verfahren zur Entfernung der Blasen durch Förderung mittels der Beunruhigungsbehandlung in der Praxis beim gegenwärtig durchgeführten kontinuierlichen Gießen, das auf dem Pulvergießen beruht, nachteilig, da die geschmolzene Stahloberfläche unabwendbar gestört wird. Hinsichtlich des Verfahrens zur Entfernung durch Förderung ist anzumerken, daß, obwohl die geschmolzene Stahloberfläche nicht durch eine waagrecht rotierende Strömung gestört werden dürfte, die Ruhrbewegung des geschmolzenen Stahls zur Förderungsentfernung der Blasen, die erzeugt werden und wachsen, bei einer äußerst hohen Strömungsgeschwindigkeit durchgeführt werden muß und die rührende Strömung das Pulver auf der geschmolzenen Stahloberfläche umwälzt. Als Ergebnis erhält man eine allmähliche Anreicherung des Pulvers für

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das kontinuierliche Gießen im mittleren Bereich der Kokille. Irgendwann liegt kein Pulver für das kontinuierliche Gießen an der Grenzflache zwischen dem geschmolzenen Stahl und den Kokillenwanden mehr vor. Da folglich das Pulver nicht mehr zwischen der Kokille und der verfestigten Stahlhaut fließen kann, um die nötige Schndenx\g zu erzeugen, kann letztlich ein Aufplatzen entstehen.

Gemäß dem in der JA-OS i? 1-2621 beschriebenen Verfahren soll die Rotationsströmung auf den gesamten geschmolzenen Stahl in der Kokille übertragen werden; infolgedessen ist die Gefahr, daß das Pulver zusammenklumpt, groß. Da das derzeit durchgeführte kontinuierliche Gießen auf dem Pulvergießen, wie vorstehend erwähnt, beruht, wird die Gießdurchführung selbst wegen der übertragung einer RUhrkraft die der Beunruhigungswirkung auf den geschmolzenen Stahl äquivalent ist, in der Kokille schwierig. Derartige Ruhrverfahren können deshalb nicht auf die Praxis übertragen werden.

Bei dem in der BB-PS 86'+2i8 beschriebenen Verfahren ist ein Linearmotor an beiden Längsseiten einer Brammenkokille derart angeordnet, daß die durch den Linearmotor erzeugten Antriebskräfte in Richtungen geführt werden, die einander gegengesetzt sind. Dadurch wird eine waagrecht rotierende Strömung sogar im Mittelbereich der Kokille erzeugt. Dieses Verfahren soll jedoch Einschlüsse aus dem geschmolzenen Stahl durch eine Zentrifugalkraft abtrennen und entfernen und nicht verhindern, daß eine Störung der flüssigen Oberflache vorkommt. Dieses Verfahren, injdem sogar der ge- schmolzene Stahl im Mittelbereich der Kokille einer Strörnungsbewegung ausgesetzt ist, verursacht unvorteilhafterweise eine Störung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche. Insofern wird das normale Pulvergießen,auf dem das derzeit durchgeführte kontinuierliche Gießen beruht, in diesem Verfahren nicht durchgeführt.

Zum Stand der Technik des kontinuierlichen Gießens eines

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Stahls mit einem hohen Sauerstoffgehalt, wobei eine elektromagnetische RUhrkraft eingesetzt wird, gehört weiterhin die JA-OS 51-12262 5, wobei jedoch Maßnahmen zur Verhinderung der Pulverstörung nicht genannt sind.

Zum Stand der Technik, indem eine elektromagnetische Rührvorrichtung beschrieben ist, die in verschiedenartigen Kokillen angeordnet ist, gehören die JA-AS 51-9858, JA-AS 33-2768, JA-AS 47-32Zf68, JA-AS 49-27487, JA-AS 53-8535, JA-AS 54-4325, JA-OS 50-150640, JA-OS 52-5625, JA-OS 52-60233, JA-OS 52-56015, JA-OS 52-88541, JA-OS 52-97327, JA-OS 53-25235, JA-OS 53-26731, JA-OS 53-28033, JA-OS 53-28034, JA-OS 53-88631, JA-OS 53-113225, JA-OS 53-142923, JA-OS 53-142924, JA-OS 54-4241, US-PS 3153820, US-PS 3995678, US-PS 4042007, BE-PS 27898 und BE-PS 27899. Der vorstehend genannte Stand der Technik offenbart in allgemeiner Weise Maßnahmen zur Verhinderung der Entstehung von Einschlüssen oder Schlacken in einer sich verfestigenden Haut eines Stranges, nicht jedoch konkrete Maßnahmen, um die Störung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von wenig desoxidierten Stahlen oder Stahlen, deren Desoxidation noch nicht beendet ist, durch kontinuierliches Gießen aufzuheben und das kontinuierliche Gießen dieser Stahle weder mit einer Beunruhigungseinwirkung, die im geschmolzenen Stahl innerhalb der Kokille stattfindet, noch mit Oberflachenschaden auf dem Strang zu ermöglichen, wobei die Vorteile der vorstehend erwähnten Produktion von Stahlen durch das kontinuierliche Gießen erhalten und gleichzeitig die Desoxidansmenge, die zur Herstellung einer Stahleinheit verwendet wird, gesenkt werden_v

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, das kontinuierliche Gießen von wenig desoxidierten Stahlen

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oder von Stahlen, deren Desoxidation noch nicht beendet ist, zu ermöglichen, ohne daß die durch das heute normalerweise durchgeführte Pulvergießen erhaltenen Vorteile verlorengehen.

Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist es, keine Störung an der Verfestigungsgrenzflache, wie nachstehend erläutert, durch einen herausbeförderten Strom aus den Auslassöffnungen einer regulär eingesetzten Eintauchdüse zu erzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer etwas desoxidierten Stahlbranune durch kontinuierliches Gießen unter Verwendung eines Pulvers für das kontinuierliche Gießen und einer Eintauchdüse, die in die Stahlschmelze innerhalb einer Kokille eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in die Kokille geschmolzenen Stahl mit einer Konzentration an freiem Sauerstoff im geschmolzenen Stahl in einem Bereich von 50-200 ppm gießt,

b) die Innenoberfläche beider Breitseiten dieser Kokille mit einer konkaven Gestalt, betrachtet im Längsschnitt der Breitseiten, versieht,

c) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft jeweils an den beiden Längsseiten der Kokille und oberhalb des Auslasses der Eintauchdüse anbringt,

d) die Antriebskraft dieser Vorrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Kraft in Richtung entlang beider Längsseiten einstellt, wobei die eine Richtung der anderen entgegengesetzt ist,

e) diese Vorrichtung zur Erzeugung einer Strömung mit einer im wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit unter Energie setzt, wobei die Strömung horizontal vollständig um eine Verfestigungsgrenzflache und in deren Umgebung kreist und vom Ort der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille bis in die Nähe eines vorbestimmten senkrechten Ortes der Verfestigungsgrenzflache

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gebildet wird, und

f) die Horizontalströmung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1-1,0 m/sek. fließen laßt.

Die Zeichnung erläutert in

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Blasenbildung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Konzentrationsverteilung der Elemente im Stahl;

'" Fig. 3 eine schematische Erläuterung des gerade gegossenen Stranges und des erfindungsgemäßen Prinzips;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die Fig. 2 ähnlich ist;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung ;

'^ Fig. 6 eine Draufsicht auf die Kokille für das kontinuierliche Gießen;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII von Fig. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Brammenkokille mit vier

Ecken unter Erläuterung einer rotierenden Strömung des geschmolzenen Stahls;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Brammenkokille mit gekrümmter Breitseite;

Fig.10 eine graphische Darstellung einer Strömungsge-

schwindigkeitsverteilung entlang einer Strecke

(x)von einer der Breitseiten der Kokille; Fig.11 A,B, und C Teildraufsichten der Kokillen, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können;

Fig.12 A und B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt einer

Kokille unter Erläuterung der Strömung des geschmolzenen Stahls, der sich in Richtung auf die Kokillenmitte bewegt j

Fig.13 A und B Darstellungen, die Fig. 12 A und B ähneln, unter Erläuterung einer waagrechten rotierenden Strömung;

Fig.14 eine graphische Darstellung der Dicke einer Verfestigungsschicht ;

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Fig. 15 teilweise einen Querschnitt einer Kokillej Fig. 16 und 17 teilweise Querschnitte einer Kokille oder

einer EintauchdUse mit waagrechten Auslassöffnungen; Fig. 18 einen teilweisen Querschnitt einer Kokille und einer EintauchdUse mit abwärts gerichteten Auslassöffnungen; Fig. 19 eine Draufsicht auf eine Kokille; Fig. 20 eine Draufsicht, die der von Fig. 19 ähnelt,und Fig. 21 eine schematische Darstellung der makroskopischen Struktur eines stranges.

Durch die Erfindung wurden im einzelnen die Faktoren aufgeklärt, die bei der Blasenbildung auf der Strangoberfläche während dsr Verfestigung eines geschmolzenen Stahles mit einem geringen Desoxidationsgrad eine bestimmte Rolle spielen.

Gemäß Fig. 1 läßt sich die Erzeugung von Blasen während der Verfestigung in eine Stufe, die als Keimbildung bezeichnet wird, in der die Blasenkerne gebildet werden, und eine weitere Stufe einteilen, die als Wachstum bezeichnet wird, in der die Kerne zu Blasen anwachsen. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, reicht ein Partialdruck P_CQ in den Blasen von etwa latm oder darüber (P_co ⁵^ latm) für ein weiteres Wachstum der Blasen aus, obwohl ein Partialdruck P__ von etwa 2 bis 3 atm (P-^Q- 2-3 atm) zur Keimbildung an der Verfestigungsgrenzfläche notwendig ist. Aus dieser Tatsache kann ersehen werden, daß bereits erzeugte Keime leicht zu Blasen anwachsen, während dagegen die Erzeugung von Blasenkeimen schwierig ist. Das Wachstum der Blasen ist dann beendet, wenn der ferrostatische Druck P_pe des geschmolzenen Stahls, der auf

die Blasen ausgeübt wird, den Partialdruck P_n-. überschreien
^" tet. Die Erzeugung der Blasenkeime, die anschließend in die Blasen umgewandelt werden, wird hauptsächlich durch die Kohlenstoff- und Sauerstoffkonzentration im geschmolzenen Stahl beeinflußt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Komponentenelemente in dem geschmolzenen Stahl an der Ver-

festigungsgrenzflache, d.h. der Grenzfläche zwischen dem festen und flüssigen Produkt, konzentriert werden, während die Verfestigung fortschreitet. In Fig. 2 bezeichnet C.

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die Elementkonzentration an der Verfestigungsgrenzflache, C die Elementkonzentration in der festen Phase und C die Elementkonzentration in der flüssigen Phase.

Die kritische Konzentration, die zur Bildung der Blasenkeime notwendig ist, ist in Fig. 2 mit C bezeichnet. Sogar in dem Fall, wo die Elementkonzentration C in der Flüssigkeit nicht die Konzentration C erreicht, kann die Konzentration C. die Konzentration C wegen des vorstehend erwähnten Konzentrationsphänomens übersteigen, so daß die derart hergestellten Keime anschließend zu Blasen anwachsen, die auf dem Oberflachenbereich des Stranges freigesetzt werden. Diese Tatsache besagt, daß die Erzeugung von Keimen, die anschließend in Blasen umgewandelt werden, sogar mit beginnender Verfestigung des geschmolzenen Stahls, nämlich an der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille anfängt und zur Unterdrückung der Blasenkeimerzeugung die Elementkonzentration an der Verfestigungsgrenzflache bei der geschmolzenen Stahloberfläche in der Kokille derart eingestellt werden muß, daß sie unterhalb der kritischen Konzentration C der Blasenkeimerzeugung liegt. Erfindungsgemäß wurden folgende Ergebnisse erhalten.

A. Im Vergleich zu ihrem Wachstum sind die Blasenkeime schwierig zu erzeugen. Die Erzeugung der Blasenkeirae benötigt mehr als nur eine bestimmte Konzentration an Elementen.

B. Die Blasenkeime werden bereits an dem Punkt erzeugt, bei dem die Verfestigung beginnt, nämlich an der Verfestigungsgrenzflache an der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille.

C. Die Konzentration der Elemente, wie Kohlenstoff 3$ und Sauerstoff, ist an der Verfestigungsgrenzflache relativ sehr hoch.

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Diese Tatsachen A, B und C werden bei der Untersuchung zur Erfindung beachtet, die Maßnahmen zur Verminderung der Konzentration der Elemente an der Verfestigungsgrenzflache in der Nachbarschaft von der geschmolzenen Stahl-

5 oberflache innerhalb der Kokille bis zu einem bestimmten Wert schafft. Dieser Wert ist geringer als die kritische Konzentration der Erzeugung von Blasenkeimen, wobei noch keine Störung der geschmolzenen Stahloberflache verursacht wird.

Erfindungsgemaß wird eine rotierende Strömung von geschmolzenem Stahl in Form eines Filmes gebildet, wie es durch die schraffierten Seiten der Verfestigungsgrenzflache gezeigt ist, die durch die rahmenartigen stark ausgezogenen Linien in Fig. 3 definiert sind. Die rotierende Strömung, die nachstehend mit 3 bezeichnet wird, wird im wesentlichen um den gesamten Umfang einer Verfestigungsgrenzflache 2 gebildet. Sie ist nur entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzflache begrenzt und erstreckt sich nicht mitten in den geschmolzenen Stahl. Weiterhin wird diese Strömung 3 in Nachbarschaft zu einer geschmolzenen Stahloberflache 1 in der Kokille gebildet. Wegen der filmartigen rotierenden Strömung des geschmolzenen Stahls weist der Oberflächenbereich eines hergestellten Strangs 4 eine unbeschädigte Verfestigungsschicht 5 auf, in der die Elementkonzentration geringer ist als der kritische Endwert zur Erzeugung von Blasenkeimen. Da der geschmolzene Stahl entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzflache in Nachbarschaft zur geschmolzenen Stahloberflache während des Gießens rotiert, ist anzumerken, daß das Konzentrationsphänomen der Komponentenelemente im geschmolzenen Stahl unterdrückt werden kann. Da die erzeugte Strömung des geschmolzenen Stahls in Form eines Filmes nur entlang des Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche gebildet wird, ist weiterhin anzumerken, daß die geschmolzene Stahloberfläche und das Pulver für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche durch die Strömung des gescholzenen Stahls nicht negativ beeinflußt werden. Obwohl die Konzentration C. (vgl. Fig. k) des geschmolzenen Stahls im

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Ruhezustand (gestrichelte Linie) über der kritischen Konzentration C zur Erzeugung der Blasenkeime liegt, wird die Konzentration auf einen Wert C' herabgedruckt, der unterhalb C liegt, wenn die Verfestig
artigen Strömung unterzogen wird.

halb C liegt, wenn die Verfestigungsgrenzflache einer film-

Erfindungsgemäß sind die Stähle mit noch nicht beendeter Desoxidation und die leicht desoxidierten Stähle, die eine fehlerfreie Verfestigungsschicht ohne Lunker auf der Strangoberfläche aufweisen, Stahle, die im Bereich der folgenden Punkte des Desoxidationsgrades liegen. Unterhalb des Minimums der Sauerstoffkonzentration werden Lunker (blow holes) einschließlich Krater (pin holes) auf der Oberfläche des Strangs erzeugt, der gegossen wird, ohne daß irgendeine Strömung dem geschmolzenen Stahl verliehen wird. Dieses Minimum hängt von den Betriebsbedingungen ab, beispeilsweise von Komponenten, die sich vom Sauerstoff unterscheiden, der Temperatur des geschmolzenen Stahls und der Gießgeschwindigkeit, und entspricht in den meisten Betriebsbedingungen einer Sauerstoffkonzentration von ungefähr 50 bis 60 ppm bei einer Verfestigungstemperatur von 1520 bis 153O°C . Oberhalb des Maximums der Sauerstoffkonzentration kann der Gießbetrieb nur unvollkommen eingestellt werden. Wenn die Sauerstoffkonzentration zu hoch ist, wird eine Beunruhigungswirkung in der Kokille erzeugt, so daß nicht nur die derart hergestellte ernsthafte Störung der geschmolzenen Stahloberfläche das normale Pulvergießen beeinflußt, sondern der Gießbetrieb selbst schlimmstenfalls unmöglich wird. Die minimale Sauerstoffkonzentration zur Erzeugung der Be-

unruhigungswirkung entspricht etwa 200 ppm Sauerstoff. Die Stähle mit unfertiger Desoxidation und die leicht desoxidierten Stähle sind erfindungsgemäß deshalb Stähle mit einer Sauerstoffkonzentration, ausgedrückt als Konzentration an freiem Sauerstoff, die nicht unter 50 und nicht über

200 ppm liegt. Die vorstehend erwähnte Sauerstoffkonzentration wird mittels einer Sauerstoffkonzenträtionszelle mit Zirkondioxid (ZrO₂)» das mit Calciumoxid (CaO) als

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Festelektrolyt,einem Gemisch von Chrom (Cr) und Chromoxid (CrO₂) als Standardelektrode und Eisen (Pe) als Gegenelektrode gemessen wird.

Wenn der zu gießende Stahl eine Sauerstoffkonzentration vom über 200 ppm besitzt, also die Sauerstoffkonzentration über dem Maximalwert liegt, soll der Stahl einer Kohlenstoffdesoxidation durch Vakuumentgasen oder einer Oxidation mittels Desoxidantien wie Al, Si, Ca und dgl., unterzogen werden und nach der Einstellung der Sauerstoffkonzentration auf einen Wert unterhalb des Maximums wird der Stahl dem erfindungsgemaßen Gießverfahren unterzogen. Erfindungsgemäß wird der gesamte Umfang der Verfestigungsgrenzflache in Nachbarschaft zur geschmolzenen Stahloberflache in der Kokille einer rotierenden Strömung des geschmolzenen Stahls mit einer nachstehend erläuterten Strömungsgeschwindigkeit unterzogen. Die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls, die zur Unterdrückung der Blasenkeime notwendig ist, ist nur so groß, daß die Konzentration der Elemente an der Verfestigungsgrenzfläche auf einen Wert abgesenkt wird, der geringer ist als die Konzentration der Elemente, die zur Keimbildung benötigt wird. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Strömungsgeschwindigkeit betrachtlich niedriger sein, als die Strömungsgeschwindigkeit, die bei üblichen Verfahren zur Entfernung der Blasen eingesetzt wird. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit betragt ungefähr 1,0 m/sek. Anders ausgedrückt kann sogar bei einer geringen Geschwindigkeit unterhalb etwa 1,0 m/sek. die Elementkonzentration an der Verfestigungsgrenzflache auf einen Wert abfallen, der geringer ist als derjenige, der zur Erzeugung der Keime benötigt wird. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit etwa 1,0 m/sek. überschreitet, neigt die Strümungsbewegung, die eine rotierende Bewegung entlang des Gesamtumfangs der Verfestigungsgrenzflache in der Kokille sein kann, zur Störung der geschmolzenen Stahloberfläche oder des Pulvers für das kontinuierliche Giessen auf der geschmolzenen Stahloberflache. Die maximale

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Strömungsgeschwindigkeit wird deshalb so "eingestellt, daß sie keine Störung der geschmolzenen Stahloberflache und des Pulvers für das kontinuierliche Gießen erzeugt. Die minimalen Strömungsgeschwindigkeiten liegen in einem Bereich von 0,1 - 0,4 m/sek. Unterhalb der minimalen Strömungsgeschwindigkeiten können die gewünschten Wirkungen des Konzentrationsabfalls nicht erhalten werden. Die erfindungsgemäße Strömungsgeschwindigkeit ist gering und liegt in einem Bereich von 0,1 - 1,0 m/sek.,vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 - 0,8 m/sek. Die in diesem Bereich liegende Strömungsgeschwindigkeit soll einen konstanten Wert entlang der gesamten Verfestigungsgrenzflache besitzen. Obwohl die erfindungsgemäße Strömungsgeschwindigkeit sich teilweise mit den üblichen Strömungsgeschwindigkeiten zur Entfernung von Blasen deckt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit gerichtet. Es besteht nämlich ein Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Mechanismus zur Unterdrückung von Blasen und den üblichen Verfahren zur Strömung von geschmolzenem Metall. Erfindungsgemaß wird festgestellt, daß die Erzeugung von Keimen in einer Stufe unterdrückt wird, die vor dem Anwachsen der Keime in Blasen liegt, während bei den üblichen Verfahren die bereits entstandenen Blasen sich nach oben bewegen und anschließend entfernt werden.
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Anschließend wird die Tiefe der rotierenden Strömung erläutert. Diese Tiefe hat eine Beziehung zu der Dicke der fehlerfreien Oberfläche der Verfestigungsschicht eines Stranges ohne Lunker. Wenn in der Theorie die minimale fehlerfreie Verfestigungsschicht auf der Oberflächenschicht eines Stranges vorliegt, werden sämtliche Lunker innerhalb der Oberflächenschicht während der nachfolgenden Walzbehandlungen fest zusammengepresst und stellen keine weiteren Probleme bei der praktischen Verwendung des gewalzten Produkts dar. Da in der Praxis jedoch eine beträchtliche Menge Zunder bis zum Walzen entsteht, beispielsweise während des Gießens und in den Erhitzungsöfen, können die Lunker auf der Strangoberfläche freigelegt werden, wenn nicht der

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Zunder beachtet wird. Da die Zunderdicke etwa 0,7 - 5 mm beträgt, erstreckt sich die rotierende Strömung, die entlang des Gesamtumfangs der Verfestigungsgrenzflache erzeugt wird, von der geschmolzenen Stahloberflache, wo die Verfestigung beginnt, bis zu einer Tiefe, wo die Verfestigungsoberflache, die der Zundermenge gleicht, gebildet wird. Die so erzeugte rotierende Strömung wird an dem gesamten Umfang der Verfestigungsgrenzflache im oberen Bereich der FlUssigkeitsmcnge in der Kokille gebildet. Diese rotierende Strömung hat eine streifenförmige Form,deren Breite in senkrechter Richtung in der FlUssigkeitsmenge verläuft. Die Anordnung der Verfestigungsschicht mit einer Dicke von 0,7 bis 5 mm hängt von der Gießgeschwindigkeit ab, sie liegt jedoch etwa 50 bis 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfläche, wenn übliche Gießbedingungen eingesetzt werden.

Die vorstehend erwähnte Dicke der kreisförmigen Strömung ist vorzugsweise so gering wie möglich, um Energie zu sparen und um Einflüsse der rotierenden Strömung auf der geschmolzenen Stahloberfläche auf einem sehr geringen Grad zu halten. Nachstehend wird die Dicke der rotierenden Strömung erläutert.

Gemäß Fig. 5 hat die Strömung innerhalb der Kokille eine Geschwindigkeitsverteilung, die vom Abstand von der Kokillenwand abhängt. Diese Verteilung ist von der Antriebskraft, die beispielsweise von der nachstehend erläuterten, die Strömung erzeugenden Vorrichtung abgegeben wird, und· der Dicke einer Kupferplatte der Kokille abhangig. Wenn diese Bedingungen entsprechend eingestellt werden, kann eine hohe Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 m/sek. an der Oberfläche der Kokillenwand auf einen Wert, der unterhalb der Hälfte von 1,0 m/sek. liegt, in einem Bereich der Kokille abfallen, der 10-20 mm von der Oberfläche der Kokillenwand entfernt ist (vgl. Fig. 5)· Dementsprechend ist eine Strömung mit einer Dicke von 10-20 mm, wobei sie sich

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an der Kokillenwand befindet, ein wichtiger Bereich der Strömung, die an der Unterdrückung der Blasenkeime teilnimmt, während die Strömung, die von der Kokillenwand mehr als 20 mm entfernt ist, nahezu keinen Einfluß auf das Ver-

c halten der geschmolzenen Stahloberfläche ausübt. Sieht man die Funktion der Unterdrückung der Blasenkeime,so nimmt nur eine Strömung des geschmolzenen Stahls mit einer Dicke von 10-20 mm an dieser Funktion teil.

^q Erfindungsgemäß ist eine bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung in dem geschmolzenen Stahl vorgesehen, die entlang des gesamten Umfangs der Verfestigungsgrenzfläche im oberen Bereich der FlUssigkeitsmasse innerhalb der Kokille vorliegt. Eine derartige Vorrichtung j5 ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft, insbesondere ein Linearmotor, der die filmartige rotierende Strömung erzeugt, und zwar aus dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit und der Stabilität. In der in Fig. 6 und 7 gezeigten AusfUhrungsform, die eine Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung zeigt, sind die Linearmotoren 8 und 8· in Kühlboxen beider Längsseiten 9 der Kokille 7 angeordnet. Die Antriebskräfte der Linearmotoren 8 und 8¹ werden in Richtung a und b gerichtet, die einander entgegengesetzt sind, wodurch die rotierende Strömung 3 erzeugt wird. Der Befestigungsort der Linearmotoren 8 und 8' in senkrechter Richtung ist in Fig. 7 erläutert. Die L inearmotoren 8 und 8·, die in der in Fig. 7 gezeigten Stellung angeordnete sind, beeinflussen die Verfestigungsgrenzfläche 2 über die streifenförmige rotierende Strömung 3. Der Bereich der Verfestigungsgrenzfläche 2, der der rotierenden Strömung in Form eines Stumpfes (stup) unterzogen wird, erstreckt sich vom Punkt der beginnenden Verfestigung an der geschmolzenen Stahloberfläche 1 bis zu dem Punkt der Verfestigungsgrenzfläche 2, wo die Dicke der Verfestigungsschicht größer ist als die Zundermenge, beispielsweise etwa 0,7 bis 2,0 mm. Die Dicke der rotierenden Strömung 3 mit der vorstehend erläuterten vorherbestimmten Strömungsgeschwindigkeit beträgt etwa

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10 bis 20 mm.

Theoretisch ist es möglich, die gesamte Verfestigungsgrenzflache dieses Bereichs, wie vorstehend erläutert, der elektromagnetischen Strömung zu unterziehen. Es ist tatsachlich jedoch ziemlich schwierig, insbesondere, wenn das zu gießende Produkt eine Bramme mit einer rechteckigen Gestalt im Querschnitt ist. Bei einem Vorblock oder einem Knüppel mit einem runden oder quadratischen Querschnitt kann eine sanftelektromagnetische Strömung relativ leicht erhalten werden, da der Abstand von der Mitte bis zur Wand der Kokille einheitlich ist. Da andererseits bei einer Bramme ein signifikanter Unterschied zwischen den Langen der Längsseiten und der Breitseiten der Kokille vorliegt und ferner der Abstand von der Wand zur Mitte der Kokille nicht einheitlich ist, ist die elektromagnetische Strömung nicht gleichförmig. Da fernerhin die Strömungsgeschwindigkeit selbst, die erfindungsgemaß auf den geschmolzenen Stahl übertragen wird, gering ist, kann der Fluß des geschmolzenen Stahls an den vier Ecken der Brammenkokille wegen des Stillstands der elektromagnetischen Strömung unterbrochen werden. Dies hat zur Folge, daß die angestrebten Ziele, wie nachstehend an Fig. 8 erläutert, nicht erreicht werden können. Gemäß Fig. 8 sind die Linearmotoren 8 und 8· entlang der Längsseiten 9 der Brammenkokille 7 angeordnet und erzeugen Antriebskräfte in Richtung a und b, die einander entgegengerichtet sind. Der Stillstand kann an den vier Ecken C. bis C, der Kokille 7 auftreten.

Erfindungsgemaß wird eine zuvor bestimmte Stelle der Verfestigungsschicht stetig der elektromagnetischen Strömung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit unterzogen, ohne daß die geschmolzene Stahloberfläche gestört wird und ein Stillstand in der Kokille auftritt. Diese Bedingungen der elektromagnetischen Strömung wurden untersucht und folgendermaßen abgeklärt. Zunächst wurde genau die Ausgestaltung der Breitseiten der Kokille untersucht, die eine derartige Gestalt haben soll, daß ein elektromagnetisches Feld ohne

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Stillstand erzeugt wird. In Fig. 9 sind die Breitseiten 10 der Kokille 7 mit einer nach außen konkaven oder nach innen konvexen Gestalt versehen. Diese Gestalt weist einen Krümmungsradius auf, der der Hälfte des Krümmungsradius (R) der tatsächlichen Länge der Breitseite 10 der Kokille 7 entspricht. Wenn die in Fig. 9 gezeigte Kokille verwendet wird, hat die Strömung des geschmolzenen Stahls in der Kokille ein Fließmuster 5, das schematisch in Fig. 9 dargestellt ist. Wenn die Breitseiten 10, wie in Fig. 9 dargestellt, eine konkave Gestalt besitzen, kann die an einer der Längsseiten 9 erzeugte Strömung zufriedenstellend auf eine der Breitseiten 10 mit dem Krümmungsradius R (R), wie in Fig. 9 gezeigt, und sogar auf die gegenüberliegende Längsseite 9 überführt werden. Dies hat zur Folge, daß eine kontinuierliche waagrechte rotierende Strömung 3 ohne Stillstand innerhalb der Kokille 7 gebildet werden kann. Die Ausbildung der inneren Oberfläche von Kokillenbreitseiten in konkaver Form ist an sich beim kontinuierlichen Gießen von Stahl aus der JA-OS 52-117234 bekannt. Dieser Patentschrift liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine Verfestigungsschicht für die Breitseiten einer Bramme mit einer Bogenstruktur zu schaffen und dadurch zu verhindern, daß sich die Breitseiten der Bramme während des Gießens auswölben. Demnach wird durch diese JA-OS nicht die kontinuierliche waagrechte rotierende Strömung des geschmolzenen Stahls gemäß der Erfindung angeregt. Die konkave Gestalt der Innenoberfläche von Breitseiten einer Kokille für das kontinuierliche Gießen ist ebenfalls aus der US-PS 27 81 562 bekannt, obwohl diese Patentschrift ein Nichteisenmetall betrifft. Diesem Patent **0 lag die Aufgabe zugrunde, eine Verfestigungslücke zwischen der Bramme und der Kokille zu vermindern, so daß dadurch nicht die rotierende, vorstehend genannte Strömung vorgeschlagen wird.

Zweitens wurden Untersuchungen an Strömungsmustern durchgeführt, die bei Verwendung von Breitseiten der Kokille mit verschiedenen Krümmungsradien (R) erhalten werden. Als Er-

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gebnis dieser Untersuchung hat sich herausgestellt, daß das Strömungsmuster, das dem in Fig. 9 gezeigten Muster gleichwertig ist, bei einem Krümmungsradius (R) erhalten werden kann, der der Hälfte bis dem zweifachen der tatsachlichen Dicke (d) der Strangbreitseiten entspricht. Gemäß Fig. 10 ist die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem Abstand χ an Fällen erläutert, bei denen unterschiedliche Geschwindigkeiten der Breitseiten zur Anwendung kommen. Der Abstand χ bezeichnet den Abstand von einer der Breitseiten bis zur Mitte der Längsseiten in Richtung der Längsseiten im mittleren Bereich der Kokillendicke oder der Hälfte der Dicke (d) des Stranges oder der Kokillenbreitseiten. Wenn der Krümmungsradius (R) der Kokille, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, die Hälfte bis das zweifache der Strangdicke beträgt (durchgezogene und gestrichelte Linie), wird eine relativ rasche Strömung an den Breitseiten der Kokille ausgebildet und die Strömungsgeschwindigkeit wird abrupt klein, wenn die Strömung die Breitseiten verläßt. Wenn der Krümmungsradius (R) im Gegensatz dazu das dreifache oder mehr gegenüber der Strangdicke (d) beträgt (vgl. strichpunktierte Linie) fallt die Strömungsgeschwindigkeit relativ auf einen Wert ab, der weniger als die Hälfte des Wertes für die beiden vorstehend genannten Kurven beträgt. Weiterhin gibt es keinen bemerkenswerten Wechsel in der Geschwindigkeitsverteilung in Richtung auf die Mitte der Kokillenlängsseiten. Diese Tatsachen bedeuten, daß die elektromagnetische Strömung wirksam an der Verfestigungsgrenzfläche mit den beiden früher genannten Krümmungsradien erhalten wird, wahrend bei dem letzteren Krümmungsradius die waagrechte rotierende Strömung keinen nennenswerten Einfluß auf die Verfestigungsgrenzflache an den Breitseiten ausübt und zum Kokilleninneren verteilt wird. Die Strömungsverteilung im letzteren Fall kann die Störung der geschmolzenen Stahloberfläche oder Stillstandsbereiche erzeugen, was _ZUr Folge hat, daß der gesamte Umfang der Verfestigungsgrenzfläche nicht der gewünschten elektromagnetischen Strömung unterworfen werden kann. Eine derartige Tendenz der waagrechten rotierenden Strömung bei R ist "6 3d ist üblich bei konventionel-

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' len Kokillen mit geraden Breitseiten. Die vorstehend erwähnte Störung der geschmolzenen Stahloberflache kann wiederum keine einheitliche Verteilung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberflache nach sich ziehen, da die Unterbrechung der elektromagnetischen Strömung infolge Stillstand die Bildung von Blasen anregen kann. Um den vorbestimmten Bereich der Verfestigungsgrenzflache der elektromagnetischen Strömung zu unterwerfen, muß, wie aus der vorstehenden Erklärung entnommen werden kann, die Gestalt oder Ausgestaltung der Breitseiten so gewählt werden, daß der Krümmungsradius (R) der Breitseiten in einem Bereich von der Hälfte bis dem Zweifachen, vorzugsweise der Hälfte bis zum Wert der Strangdicke (d) selbst liegt.

Die in Fig. 11 A, B und C gezeigten Gestalten von Kokillenbreitseiten sind AusfUhrungsformen einer Kokille für das kontinuierliche Gießen. Diese konkaven polygonen Gestaltungen können in der Praxis eingesetzt werden, um eine relativ wirksame magnetische Strömung zu erzeugen, sie sind jedoch nicht so ideal wie die Breitseiten, die einen Krümmungsradius in einem Bereich von der Hälfte bis dem Zweifachen der Strangdicke besitzen. Zusammengefaßt wird, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, der Stillstand durch eine Störung der Strömung erzeugt, was aus der Strömung folgt, die in Richtung aus der Längsseite auf die Breitseite strömt und gegen die Breitseite prallt. Dementsprechend kann die gesamte Verfestigungsgrenzfläche der elektromagnetischen Strömung unterzogen werden, wenn die Breitseiten der Kokille eine konkave Gestalt

aufweisen einschließlich einer konkaven polygonen Gestalt, so daß die Strömung sanft von den Längsseiten gegen die Breitseiten gefuhrt wird.

Weiterhin wurden drittens Untersuchungen bezüglich der Ein-

bauposition der Linearmotoren durchgeführt, die entlang beider Längsseiten der Kokille vorgesehen sind, um stets eine Dicke einer fehlerfreien Verfestigungsschicht zu erhalten, die größer ist als die vorbestimmte Dicke. Es ist darauf

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zurückzuführen, daß nur mit den vorstehend erläuterten Maßnahmen, die eine elektromagnetische Strömung ohne Stillstand ermöglichen es schwierig ist, die Dicke der Verfestigungsschicht zu erhalten, wie vorstehend bezüglich einer Bramme erläutert ist, und deshalb die Einbauposition der Linearmotoren wichtig ist. In den durchgeführten Untersuchungen wurden die Linearmotoren in verschiedenen Höhen bezogen auf die Stelle eingebaut, die der geschmolzenen Stahloberflache in der Kokille entspricht. In einem Experiment wurden die Linearmotoren 8 und 8' betrachtlich unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache eingebaut, so daß, wie in Fig. 12 A und B ersichtlich ist die vorbestimmte Stelle des geschmolzenen Stahls in der Kokille, nämlich die geschmolzene Stahloberflache der elektromagnetischen Strömung unterzogen werden kann. Zusätzlich wurde ein Teil der Verfestigungsgrenzschicht, die sich von der FlUssigkeitsoberflache bis zu einem Punkt erstreckt, wo die Verfestigungsschicht mit einer bestimmten Zunderstarke gebildet ist, ebenfalls der elektromagnetischen Strömung unterzogen. Ferner weisen die Kokillenbreitseiten einen Krümmungsradius (R) auf, der der Hälfte bis dem Zweifachen der Strangdicke (d) entspricht. Dieser Radius ist optimal, um eine elektromagnetische Strömung ohne Stillstand zu erreichen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist niedrig, da sie in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek. liegt. Obwohl die Gestalt der Kokillenbreitseiten ideal war und weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit niedrig war, wurde die erhaltene Kraft der elektromagnetischen Strömung 13 nicht in die waagrechte rotierende Richtung gelenkt, sondern in Richtungen, die

von beiden Kokillenbreitseiten zur Kokillenmitte weisen. Wegen der vorstehend genannten Richtungen der elektromagnetischen Strömung sammelt sich das Pulver 14 für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche zum Zentrum der geschmolzenen Stahloberfläche hin&n»

was zur Folge hat, daß kein Pulver auf der geschmolzenen Stahloberfläche an beiden Breitseiten vorliegt. Das normale Pulvergießverfahren kann deshalb nicht ausgeführt werden und es werden durch den elektromagnetischen Strom, wie

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vorstehend erläutert, Störungen, wie das Aufplatzen verursacht. Das Phänomen des Ansammelns von Pulver für das kontinuierliche Gießen wird durch die Aufwartskomponenten 15 verursacht, wie in Fig. 12 B erläutert, die einen Querschnitt der Kokille darstellt. In Fig. 12 B sind die Linearmotoren 8 und 8· in einer derartigen Höhe von der geschmolzenen Stahloberflache 1 eingebaut, daß die Komponenten der elektromagnetischen Strömung in laminarer Form entlang der Längsseite nicht zufriedenstellend auf die geschmolzene Stahloberfläche überführt werden. Wenn diese Komponenten der elektromagnetischen Strömung auf die Breitseiten stossen, werden diese Komponenten in die Aufwärtskomponenten 15 und die Abwärtskomponenten 16 aufgeteilt. In dem Fall, wo die Aufwärtskomponenten 15 stärker sind als die waagrechte elektromagnetische Strömung 3, läuft das vorstehend erwähnte Phänomen ab.

Wenn die Linearmotoren 8 und 8·, wie aus dieser Erklärung ersichtlich ist, unterhalb einer bestimmten Stelle einge-

™ baut werden, tendiert die waagrechte elektromagnetische Strömung 3 zu einer Schwächung, während die Aufwärtskomponenten 15 der Strömung, die später von den Breitseiten zur Kokillenmitte einwirken, zur Stärkung und zu einem sehr starken Einfluß neigen. Deshalb werden erfindungsge-

*·^Ό maß die Linearmotoren so nah wie möglich an der geschmolzenen Stahloberfläche angeordnet, wobei vorausgesetzt ist, daß die Einbauposition der Linearmotoren in einem Bereich liegt, in dem die fehlerfreie Verfestigungsschicht mit einer Dicke, die der vorstehend erwähnten Dicke des Zunders entspricht,

gebildet wird. Nach den erfindungsgemäß durchgeführten Untersuchungen ist das in Fig. 12 A und B dargestellte Phänomen auffallend, wenn die Einbauposition der Linearmotoren 150 mm oder mehr von der geschmolzenen Stahloberfläche entfernt ist und ist besonders auffallend bei 200 mm oder darüber von der

geschmolzenen Stahloberfläche. Deshalb werden die Linearmotoren vorzugsweise in einem Abstand von der geschmolzenen Stahloberfläche von weniger als 200 mm, insbesondere weniger

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' als 150 mm eingebaut. Diese Abstandswerte können für den Linearmotoreinbau in nahezu sämtlichen Kokillen angewandt werden und sind nicht von der Kokillengestalt abhangig.

In der in Fig. 13 A dargestellten Anordnung weisen die Breitseiten der Kokille einen Krümmungsradius (R) auf, der die Hälfte bis das Zweifache der Strangdicke (d), wie vorstehend erläutert, ist und in der in Fig. 13 B gezeigten Anordnung sind die Linearmotoren ö, 8· in einem Bereich von 150 bis 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache, beispielsweise 150 mm eingebaut. Das Fließmuster, das mit der Kokille und den Linearmotoren erhalten wird, die in Fig. 13 A und Fig. i3 B erläutert sind, ist in Fig. 13 A dargestellt. Es wird keine elektromagnetische Strömung ohne Stillstand

'5 erreicht, die keine Störung an vorbestimmten Stellen der geschmolzenen Stahloberflache verursacht, wie aus Fig. 13 A zu ersehen ist, wenn nicht sowohl die Breitseiten eine ideale Gestalt besitzen als auch die Linearmotoren in optimaler Stellung eingebaut sind. Das Muster der elektromag-

^O netischen Strömung gemäß Fig. 13 A verursacht keine Störung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberflache, da die waagrechte elektromagnetische Strömung, die nachfolgend gegen die Breitseiten 10 prallt, ausreichend stark ist, damit das Pulver auf der

^J geschmolzenen Stahloberflache nicht gestört wird und eine elektromagnetische Strömung 3 erhalten wird, die nur kontinuierlich an der Verfestigungsgrenzflache verteilt ist. Weiterhin liegen die Abwartskomponenten 16 der elektromagnetischen Strömung in einer solchen Stellung unterhalb eines

'

Bereichs der Verfestigungsgrenzflache vor, der der elektromagnetischen Strömung unterzogen werden soll. Diese Abwärtskomponenten Ubeij deshalb keinen nachteiligen Einfluß auf die Bildung der fehlerfreien Verfestigungsschicht auf.

Wenn die Linearmotoren in einer Stellung etwa 100 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache angebracht werden, führt eine derartige Einbauposition nicht immer zu ernsthaften Schaden, wie ein Aufplatzen, wenn eine übliche flache

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Form der Breitseiten verwendet wird. Bs kann jedoch nicht vorausgesagt werden, daß absolut keine Gefahr von derartigen Schaden vorliegt, da die Flussigkeitsmasse an den Breitseiten wegen deren flacher Gestalt anschwillt, wenn die elektromagnetische Strömung auf die flachen kurzen Seiten trifft. Infolgedessen kann die eingetragene Menge des Pulvers für das kontinuierliche Gießen an dem angereicherten Teil der Flüssigkeit smasse zu gering sein.

Damit weder die geschmolzene Metalloberflache gestört wird noch ein Stillstand eintritt und damit weiterhin der vorbestimmte Bereich der Verfestigungsgrenzflache der kontinuierlichen elektromagnetischen Strömung unterzogen wird, sollen, wie vorstehend im einzelnen erläutert, sowohl die Gestalt der Breitseiten der Kokille als auch die Einbauposition der Linearmotoren den erfindungsgemäßen Bedingungen genügen.

In einer idealen Ausführungsform der Erfindung werden die Linearmotoren in eine Kühlbox der Kokille derart eingebaut, daß die Kernzentren der Linearmotoren in Höhe der geschmolzenen Stahloberfläche angeordnet sind. Zusätzlich wird das kontinuierliche Gußverfahren in folgender Weise ausgeführt: Der Bereich der Flüssigkeitsmasse, der von der laminaren Strömung beeinflußt wird, die durch die Linearmotoren erzeugt wird, erstreckt sich 200 mm unter die geschmolzene Stahloberflache, wahrend die Strömungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Strömung/in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek. in diesem Bereich liegt.

Tatsachlich können die Lineannotoren in der vorstehend erwähnten Idealposition eine Schwierigkeit beim Einbau aufwerfen. Weiterhin liegt ein Nachteil in der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek. bei einer Höhe bzw. Tiefe von 200 mm unter der geschmolzenen Stahloberfläche vor. Es ist deshalb aus praktischen Gesichtspunkten zu empfehlen, daß die Linearmotoren derart eingebaut werden, daß die Kernzentren der Linearmotoren etwa 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfläche ange-

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1 ordnet sind. Dadurch werden obere und untere laminare Strömungen zur Anwendung gebracht, um den vorstehend erwähnten Einfluß zu verwirklichen. Bei diesem Einbau wird die Grenzschicht zwischen der Flüssigkeitsmasse und der Verfestigungsschicht, die eine Dicke bis zu 5 mm besitzt, wirksam der kontiunierlichen elektromagnetischen Strömung ausgesetzt, die eine Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 m/sek. besitzt. Bs wird dabei weder die geschmolzene Metalloberflache gestört noch ein Stillstand erzeugt. Da durch die Erfindung hauptsachlich eine fehlerfreie Verfestigungsschicht an dem notwendigen Minimalbereich der Verfestigungsgrenzflache geschaffen werden sollte, wie aus der vorstehenden Erläuterung zu entnehmen ist, können eins oder mehrere Linearmotoren in

vertikaler Richtung angeordnet sein. 15

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung wird nachstehend erläutert. Gem. Fig. 14 wird der Verfestigungsablauf an der Verfestigungsgrenzflache, die der elektromagnetischen Strömung des geschmolzenen Stahls unterzogen werden muß, verzögert (vgl. gestrichelte Linie) im Vergleich zum Verfestigungsablauf bei einem üblichen Verfahren ohne elektromagnetische Strömung (vgl. durchgezogene Linie). Um eine fehlerfreie Verfestigungsschicht mit einer bestimmten Dicke zu erhalten, muß die Position der elektromagnetischen Strömung im Vergleich zu der Strömung im üblichen Verfahren vertieft werden. In dieser Hinsicht ist die Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Fluß und den Strömen an geschmolzenem Stahl, die aus einer Eintauchdüse ausgestoßen werden, die zum Gießen des geschmolzenen Stahls in die Kokille verwendet wird, aus praktischen Gesichtspunkten wichtig. Da das erfindungsgemaße Verfahren auf dem Pulvergießverfahren beruhtj kann ein bloßgelegter Gießstrom nicht zum Gießen im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Wenn das sogenannte offene Gießen eingesetzt wird, kann wahrend des Gießens des geschmolzenen Stahls in die Kokille das Pulver für das kontinuierliche Gießen durcheinander gewirbelt werden. Deshalb ist die Eintauchdüse, nämlich die Gießdüse vom Eintauchtyp, die in den geschmolzenen Stahl in

MO 3 0 0217060«

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der Kokille eintaucht, für das erfindungsgemäße Verfahren unerläßlich.

Gem. Fig. 9 sind Linearmotoren 8 und 8' in Kühlboxen der Kokille 7 für eine Bramme entlang der Längsseiten der Kokille eingebaut. Die Verfestigungsgrenzfläche, an der die Dicke der Verfestigungsschicht gleich oder geringer ist als die Zunderschicht, wird der elektromagnetischen Strömung unterzogen, die durch die Antriebskraft der Linearmotoren in Richtung a und b erzeugt wird. Diese Richtung a und b sind einander entgegengesetzt ausgerichtet. Erfindungsgemäß wird die elektromagnetische Strömung derart erzeugt, daß die aus der Eintauchdüse 11 ausgetragenen Ströme zum Gießen des geschmolzenen Stahls in der Kokille nicht die elektromagnetische Strömung stören, der die vorstehend erwähnte Verfestigungsgrenzfläche unterzogen wird. Bei einer üblichen Eintauchdüse fallen die Auslassöffnungen dieser Düse in den meisten Fällen mit der Stellung zusammen, wo die elektromagnetische Strömung gebildet wird. Wenn diese übliche Eintauchdüse erfindungsgemäß eingesetzt wird, wird der elektromagnetische Fluß, der so langsam ist, daß dadurch die geschmolzene Stahloberfläche innerhalb der Kokille nicht gestört wird, durch die aus der Eintauchdüse ausgetragenen Ströme behindert. Dabei wird nämlich die elektromagnetische Strömung nur teilweise infolge des Einflusses des ausgetragenen Stroms erzeugt. In dieser Hinsicht ist anzumerken, daß im Bereich der Verfestigungsgrenzfläche, wo __. die Dicke der Verfestigungsschicht gleich oder geringer ist als die Zunderdicke, der Verfestigungsablauf infolge der elektromagnetischen Strömung verzögert wird. Dieser elektromagnetischen Strömung wird dieser Bereich der Verfestigungsgrenzfläche unterzogen, wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, in der die ausgezogenen und unterbrochenen Linien das Gießen ohne bzw. mit dem elektromag- 3$ netischen Strom zeigen. Wenn dementsprechend der Einfluß der ausgetragenen Ströme, wie vorstehend erläutert, vorliegt, werden die Blasenkeime nur teilweise unterdrückt und die pseudobeunruhigte Schicht wird ebenfalls nur teil-

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weise hergestellt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Stillstandsbereich in der elektromagnetischen Strömung erzeugt wurde. Wegen dieses Stillstandsbereichs kann keine filmartige elektromagnetische Strömung gebildet werden, die kontinuierlich an der Verfestigungsgrenzschicht so geführt werden muß, daß eine fehlerfreie Verfestigungsschicht um die gesamte Oberflache des Stranges gebildet wird. Die e lektromagnetische Strömung, die unvorteilhafterweise dieskontinuierlich ist, wird wahrend des Gießens erzeugt, wahrend ■\q die aus getragenen Ströme des geschmolzenen Stahls auf die Langs- oder Breitseiten der Kokille gerichtet werden, obwohl der Grad der Diskontinuität entsprechend der Stromrichtung va-riiert. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Strömung hoch ist, scheint die Aufhebung der vorstehend erwähnten Nachteile möglich zu sein. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Strömung jedoch so eingestellt wird, daß der Einfluß der vorstehend erwähnten ausgetragenen Ströme ausgeschlossen wird, verschwindet die Hemmung, andererseits wird jedoch eine Störung der geschmolzenen Stahloberflache verursacht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die auf die Wände einwirkende Kraft der elektromagnetischen Strömung groß ist, da die Strömungsgeschwindigkeit der gesamten Strömung hoch ist. Dadurch werden die Aufwartskomponenten der Strömung so stark, daß sie starker sind als die waagrechte elektromagnetische Strömung. Wenn wegen der Aufwärtskomponenten die geschmolzene Stahloberflache gestört wird, gehen die Vorteile des Pulvergießverfahrens verloren. Erfindungsgemäß wird die Austragungsposition der Eintauchdüse tief innerhalb der Flüssigkeitsmasse dadurch eingestellt, daß die Eintauchdüse eine relativ große Lange besitzt, die Austragsriehtung der Eintauchdüse abwärts gerichtet ist oder eine Kombination einer relativ langen Düse und einer abwärusgerichtete Austragsrichtung vorgesehen ist. Aufgrund einer derartigen Einstellung wird die vorstehend erwähnte elektromagnetische Strömung zwischen der geschmolzenen Stahloberfläche und den aus der Eintauchdüse ausgetragenen Strömen hergestellt," wobei auszuschließen ist, daß der aus der

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EintauchdUse ausgetragene Strom die elektromagnetische Strömung behindert, die zur Bildung einer fehlerfreien Verfestigungsschicht mit einer vorbestimmten Dicke notwendig ist.

Eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer Ausftlhrungsform der Erfindung ist in Fig. 15 in Form eines Längsschnitts entlang der Linie B-B von Fig. 9 dargestellt. Aus Fig. 15 ist ersichtlich, daß die Linearmotoren 8 und 8· in einem Bereich der Kokille angeordnet sind, der zwischen der geschmolzenen Stahloberflache 1 in der Kokille 7 und den ausgetragenen Strömen 17 liegt. Die Ausgangsleistung der Linearmotoren 8 und 8' wird derart eingestellt, daß ein Bereich der Verfestigungsgrenzflache einer kontinuierlichen elektromagnetischen Strömung ausgesetzt wird, die von Lunkern freie Verfestigungsschicht gebildet wird und der vorstehend erwähnte Bereich der Verfestigungsgrenzflache von der geschmolzenen Stahloberflache bis zu einem Teil der Verfestigungsgrenzflache sich erstreckt, wo die Dicke der Verfestigungsschicht der Zunderdicke gleicht. Die Stellung der Ströme 17, die aus der EintauchdUse 11 ausgetragen oder ausgestoßen werden, liegt unter der elektromagnetischen Strömung. Zusatzlich zu der Einbauposition der Linearmotoren 8 und 8¹ gemäß Fig. 15 können die Linearmotoren auch in Positionen eingebaut werden, die in Fig. 16 und 17 erläutert sind. In Fig. 16 sind die Linearmotoren 8 und 8· auch auf der geschmolzenen Stahloberfläche 1 eingebaut und gemäß Fig. 17 sind die Linearmotoren 8 und 8' über dem Kokillenbereich angeordnet, der sich von der geschmolzenen Stahloberfläche 1 bis zum Ort erstreckt, wo die Ströme aus der Eintauchdüse 11 ausgetragen werden. Sowohl in Fig.

16 als auch in Fig. 17 erstreckt sich die Einbauposition der Linearmotoren 8 und 8· von der geschmolzenen Stahloberfläche 1 bis zu den ausgetragenen Strömen 17, wodurch eine vorbestimmte Dicke einer fehlerfreien Verfestigungsschicht in einem vorbestimmten Bereich der Verfestigungsgrenzflache erhalten wird. Wenn die Stellung der ausgetragenen Ströme

17 300 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache 1 liegt, kann die Einbauposition der Linearmotoren, wie in

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Fig. 15 gezeigt,10 bis 20mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfläche liegen. Bei diesem Einbau der Linearmotoren wird eine 2-ifinm dicke fehlerfreie Verfestigungsschicht, deren Dicke größer ist als die Dicke des Zunders, durch die Wirkung der elektromagnetischen Strömung sichergestellt, während die ausgetragenen Ströme 17 keinen Einfluß auf das Wachstum der Verfestigungsschicht besitzen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Richtung der Ströme 17, die aus der Eintauchdüse ausgetragen werden, wichtig. In dieser Hinsicht können folgende Maßnahmen, die bei dem kontinuierlichen Gießen verwendet werden, zum Einsatz kommen. Gemäß diesen Maßnahmen wird die Aufwärtsströmung so gering wie möglich aus dem Strom erzeugt, der aus der Eintauchdüse ausgestoßen wird und anschließend gegen die Kokillenwand stößt. Weiterhin sind die Auslassöffnungen der Eintauchdüse mit einem solchen Winkel angeordnet, daß die waagrechte rotierende Strömung, die oberhalb der ausgetragenen Ströme gebildet wird, nicht gestört wird. Dadurch können Ströme 17, die aus der Eintauchdüse ausgetragen werden, in die Nähe der geschmolzenen Stahloberfläche gebracht werden. Die vorstehend erwähnten ausgetragenen Ströme können waagrecht, wie in Fig. 15, Nr. 16 und Nr. 17 gezeigt oder sie können in eine abwärtsverlaufende Richtung, wie in Fig. 18 gezeigt, gerichtet werden. Die ausgetragene Strömung 17 gemäß Fig. 18 sind besonders bevorzugt.

Vorzugsweise wird die Konzentration des freien Sauerstoffs in dem geschmolzenen Stahl so eingestellt, daß er in einem Bereich von 50 bis 150 ppm liegt, obwohl die freie Sauerstoffkonzentration auch, wie vorstehend erwähnt,in einem Bereich von 50 bis "200 ppm gehalten werden kann. Wenn die Konzentration des freien Sauerstoffs im Bereich von 50 bis 150 ppm liegt, kann die Erzeugung von Blasenkeimen wirksam mittels einer

·" elektromagnetischen Strömung des geschmolzenen Stahls mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 m/sek. unterdrückt werden.

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1 Die Verfestigungsgrenzflache, die der waagrechten elektromagnetischen Strömung des geschmolzenen Stahls unterzogen werden soll, reicht von der geschmolzenen Stahloberflache bis zu einem Bereich der Grenzflache, wo die Dicke der Verfestigungsschicht, die auf dem geschmolzenen Stahl gebildet wird, mindestens 5 mm betragt. Um eine derartige Verfestigungsgrenzflache der waagrechten elektromagnetischen Strömung zu unterziehen, die eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0, 5 bis 0,8 m/sek. besitzt, können die folgenden Betriebsbedingungen der Linearmotoren eingesetzt werden. Die Frequenz des elektrischen Stroms, der durch die Spulen des Linearmotors geleitet wird, kann 1 bis 10 Hz betragen, wahrend das Produkt aus elektrischem Strom und Zahl der Spulenwicklungen in Ampere χ Wicklung 1500 bis 7000 Ampere χ Wicklung betragen kann. Es wird bei der Aufstellung dieser Bedingung angenommen, daß die Dicke der Kupferplatte der Längsseiten der Kokille so gering wie möglich ist, beispielsweise 5 bis 12 mm. Vorzugsweise wird die Strömung des geschmolzenen Stahls mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung versehen, daß die Strömungsgeschwindigkeit an der gewünschten Stelle in der Kokille, d.h. an der Verfestigungsgrenzfläche in den Bereich der vorstehend erwähnten Strömungsgeschwindigkeit fallt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit an der weiter innen liegenden Stelle innerhalb der gewünschten stelle extrem gering ist. Eine derartige Strömungsgeschwindigkeitsverteilung kann dadurch erhalten werden, daß man die Frequenz des elektrischen Stromes durch die Linearmotoren derart einstellt, daß die Frequenz in einem Bereich von 1 bis 10 Hz, beispielsweise zwischen 3 und 10 Hz liegt. Wegen ^ου dieser hohen Frequenz neigt die Ausgangsleistung der Linearmotoren relativ gering zu sein, so daß es schwierig ist,| Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 m/sek^ zu erhalten. Dementsprechend soll der elektrische Strom derart eingestellt werden, daß eine hohe magnetische Antriebskraft in dem vorstehend erwähnten Bereich, beispielsweise von 4000 bis 7000 A χ Wicklung diesen Leistungsmangel aufhebt.

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' Wie aus der vorstehenden Erläuterung zu entnehmen ist, besteht bei einem kontinuierlichen Gießverfahren zur Herstellung einer Stahlbramme, das auf dem Einsatz von Pulver für das kontinuierliche Gießen und einer in dem geschmolzenen Stahl in der Kokille eintauchenden Düse beruht, die erfindungsgemäße Verbesserung daraus, daß ein geschmolzener Stahl mit freiem Sauerstoff mit einer Konzentration von 50 bis 200 ppm, vorzugsweise 50 bis 150 ppm gegossen wird, ein aus den Auslassöffnungen der Eintauchdüse ausgetragener Strom

'0 von geschmolzenem Metall keinen unerwünschten Einfluß auf die elektromagnetische Strömung des geschmolzenen Metalls ausüben darf und ein vorbestimmter Bereich der Verfestigungsgrenzfläche der elektromagnetischen Strömung unterzogen wird. Da kein unerwünschter Einfluß auf die elektromagnetische

'* Strömung stattfindet, wird das Pulvergießverfahren, das unter Verwendung einer Eintauchdüse durchgeführt wird, insgesamt nicht behindert, und es kann eine Bramme ohne Lunker auf ihrer Oberfläche jeweils gegossen werden.

*" Um die fehlerfreie Verfestigungsschicht ohne Lunker auf der Strangoberfläche herzustellen und keine Störung des Pulvers für das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberfläche zu erzeugen, wird die filmartige rotierende Strömung des geschmolzenen Stahls entlang der gesamten Verfesti-

gungsgrenzfläche in der FlUssigkeitsmasse im oberen Bereich der Kokille erzeugt und ist mit einer Streifenform versehen, die ihre Breitseite in senkrechter Richtung zur FlUssigkeitsmasse besitzt. Die filmartige rotierende Strömung des geschmolzenen Stahls mit der gewünschten Strömungsgeschwindig-

keit wird nämlich an einem begrenzten Bereich der Flüssig-¹ keitsmasse erzeugt, die an den Kokillenwänden anliegt, wobei in dem anderen Bereich, d.h. dem Zentralbereich der FlUssi.pkeitsmasse, der geschmolzene Stahl nur langsam oder überhaupt nicht fließt. Es ist daher möglich das kontinuierliche Gießen von Stählen mit noch nicht beendeter Desoxidation oder von nur etwas desoxidierten Stählen industriell durchzuführen, die beunruhigten oder halbbeunruhigten Stahlen entsprechen.

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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll der Abstand L (vgl. Fig. 19) zwischen der Eintauchdllse 11 zum Eingießen des geschmolzenen Stahls in die Kokille und den Wanden der Längsseiten 9 der Kokille beachtet werden. Wenn der Abstand L geringer als 20 mm wird, wird der Widerstand gegen die Strömung, die mit der vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit in einem Teil der geschmolzenen Stahloberfläche, der an den Kokillenwänden anliegt, vorgesehen ist, so hoch, daß eine glatte Strömung nicht immer erhalten werden kann. Der Abstand L soll deshalb 20 mm oder mehr betragen. Der maximale Abstand L wird einfach entsprechend der Größe der Kokille, dem Durchmesser der Eintauchdüse und dgl. bestimmt.

Da die aus der EintauchdUse ausgetragenen Ströme einen Einfluß auf die filmartige rotierende Strömung ausüben, werden die ausgetragenen Ströme 18 unter die filmartige rotierende Strömung derart gerichtet, daß ihr Einfluß verringert wird. Dabei kann der Resteinfluß der ausgetragenen Ströme, die unter die filmartige rotierende Strömung gerichtet werden, dadurch wirksam beseitigt werden, daß die Ströme aus den Auslassöffnungen 13, wie in Fig. 20 gezeigt, ausgetragen werden. Die aus der Eintauchdüse 11 ausgetragenen Ströme werden meistens in die gleiche Richtung wie die Richtung

der rotierenden Strömung gerichtet.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels und von Vergleichsbeispielen erläutert. In diesen Beispielen entsprechen die Chargen 1 und 2 beunruhigten Stählen und die Chargen

3 und If halbberuhigten Stählen, wie in nachstehender Tabelle angegeben, und sind kontinuierlich gegossen. Die Sauerstoffkonzentrationen, die ebenfalls in der Tabelle angegeben sind, wurden durch Zusatz eines Desoxidans zu den Chargen 1 und

2 und durch Vakuumentgasen der Chargen 3 und h erhalten. 35

030021 /ÜG96

_35- 2⁹U159

Ta belle

Temperature

Charge C Si Mn P S So Al O in Tundish (%) (*) (%) (%) (%) (%) (ppm) (⁰C)

1 0,05 Spuren 0,12 0,013 0,015 Spuren 150 1550

₁₀ 2 0,06 " 0,12 0,012 0,020 " 200 1550

3 0,15 0,15 0,60 0,013 0,012 0 75 1530

k 0,20 0,16 0,57 0,011 0,011 0 70 1530

030021 /0690

-36- ' 29U159

Beispiel

Der stahl jeder Chargennummer wird unter folgenden Bedingungen gegossen.
Form der Kokille: Die Breitseiten sind mit einem KrUmmungsradius R gekrümmt, der der Hälfte der Strangdicke entspricht.

Grttße der Kokille: ^50 mm breit und 2100 mm maximale Lange. Gießgeschwindigkeit: 0,7 m/Min.

Einbauposition der Linearmotoren: Die Zentren der Linearmotoren befinden sich 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache-

Eintauchdüse: Die EintauchdUse hat einen Außendurchmesser von 100 mm und ist im Zentrum der Kokille angeordnet; die Austragsstellung liegt 250 mm unter der geschmolzenen Stahloberfläche und die Austragsrichtung richtet sich gegen die Breitseiten.

Frequenz des elektrischen Stroms: 5 Hz Magnetische Antriebskraft: 3800 A x 18 Wicklungen Zustand der rotierenden Strömung des geschmolzenen Metalls:

²^ die effektive Strömungsdicke beträgt 10 bis 20 mm; die effektive Strömungstiefe reicht von der geschmolzenen Stahloberfläche bis zu einem Punkt, der 200 mm unter der geschmolzenen Stahloberfläche liegt; die Dicke der Verfestigungsschicht 200 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberfläche ist

²^ ο bis 3 mm und die Strömungsgeschwindigkeit 0, 5 bis 0,8 m/sek.

Das Pulver für das kontinuierliche Gießen besteht aus 1. CaO/SiO, - 1.0
30

Al₂O	» 1	0 %
Na⁺	- 3	*,5%*
K⁺	= 2	*,5%*
F~	- 4	%
C	= k	,5%

2. Viskosität: 2,3 Gleichgewicht bei 1500 C, und;

3. Schmelzpunkt: 1150⁰C

03 0 021/0*696

29U159

Beim Gießen der Chargen 1 bis 4 können Strange mit einer fehlerfreien Verfestigungsschicht erhalten werden, ohne daß eine Störung oder Behinderung des Pulvers fur das kontinuierliche Gießen auf der geschmolzenen Stahloberflache in der Kokille stattfindet. Es wurde die Makrostruktur der hergestellten Strange der Chargen 1 bis 4 im Querschnitt untersucht. Es zeigte sich, daß die 3 mm starke fehlerfreie Verfestigungsschicht einheitlich um die gesamte Oberflache der Strange samtlicher Chargen 1 bis 4 gebildet wurde. Lunker liegen innerhalb der fehlerfreien Verfestigungsschicht vor.

Die Stränge in Form von Brammen, die aus den Chargen 1 bis 4 hergestellt wurden, werden erneut erhitzt und nach einem Üblichen Verfahren warmgewalzt. Einige der Stränge werden anschließend nach einem üblichen Verfahren kaltgewalzt. Auf jedem der derart gewalzten Endprodukte sind keine Oberflachenfehler festzustellen.

Vergleichsbeispiel 1

Geschmolzener Stahl mit· der gleichen Zusammensetzung wie die der ■_ Chargen 1 bis 4 wird unter den gleichen Gießbedingungen wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß der Bereich der waagrechten rotierenden Strömung auf das Zentrum der Kokille ausgedehnt wird und weiter,daß die Strömungsgeschwindigkeit an den Wanden der Kokille ungefähr 3,0 m/sek. betragt. Die Strömungsgeschwindigkeit der waagrechten rotierenden Strömung beträgt 1,0 m/sek.

Die geschmolzene Stahloberflache wird stark gestört und das Pulver für das kontinuierliche Gießen sammelt sich letztlich im Zentrum der Kokille an. Da die Gefahr eines Aufplatzens groß wurde, mußte das Gießen beendet werden. Die Struktur der gegossenen Stränge wurde nach der Verfestigung untersucht. Es stellte sich dabei heraus, daß das Pulver für das kontinuierliche Gießen in einer beträchtlichen Anzahl von Strängen vorliegt in diesen Vergleichsbeispielen wird das Pulver für das kontinuierliche Gießen wegen der rotierenden Strömung, die sich sogar auf das Zentrum der

030021./06Q8

_38- 29U159

Kokille erstreckt, gestört.

Vergleichsbeispiel 2

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie der der Chargen 1 bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der rotierenden Strömung 0,1 bis 1,0 m/sek. beträgt und ferner die filmartige rotierende Strömung nicht auf einen Teil des geschmolzenen Stahls Ubertragen wird, der sich an der geschmolzenen Stahloberfläche befindet. Auf der Oberfläche sämtlicher Stränge werden Lunker oder Krater beobachtet. Nach dem Gießen werden die Stränge in einen Ofen eingebracht und anschließend gewalzt, wodurch die Endprodukte erhalten werden. Auf den Endprodukten werden zahlreiche Oberflächenfehler erzeugt. Deshalb war die Gewinnung von Endprodukten zu gering. Vermutlich kann in dem Vergleichsbeispiel, in dem die filmartige rotierende Strömung zur Unterdrückung der Blasenkeimbildung nicht auf die geschmolzene Stahloberfläche Ubetragen wird, die Erzeugung der Blasen an der äußeren Oberflächenschicht, die sich an der geschmolzenen Stahloberfläche befindet, nicht unterdrückt werden und deshalb werden Blasen gebildet.

Vergleichsbeispiel 3

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie der der Chargall bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Breitseiten der Kokille eine flache Gestalt wie in einer üblichen Kokille aufweist. Das Pulver für das kontinuierliche Gießen sammelt sich am Schluß im Zentrum der Kokille an, wobei die Gefahr eines Aufplatzens ansteigt. Das Gießen wird anschliessend ohne die Antriebskraft der Linearmotoren durchgeführt, die während des Gießens angehalten werden. Dadurch werden zahlreiche Krater auf der Oberfläche der Stränge erzeugt.

Deshalb ist die Ausbeute extrem gering.

Vergleichsbeispiel 4

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie

030021/G6S6

-39- 29U159

die in cfen Chorden 1 bis k wird unter der gleichen Bedingung wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme gegossen, daß die Einbauposition der Linearmotoren 250 mm und 300 mm unter der geschmolzenen Stahloberfläche liegt. Die geschmolzene Stahloberflache wird stark gestört und der Zustand der geschmolzenen Stahloberflache ähnelt dem in Vergleichsbeispiel 3.

Vergleichsbeispiel 5

Geschmolzener Stahl mir der gleichen Zusammensetzung wie der der Chargaii bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme gegossen, daß die Lange der Eintauchdüse, wie nachstehend erläutert, verändert wird und daß weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit über 1,0 m/sek. bei einem geschmolzenen Stahl mit der Zusammensetzung der

!5 CTHe*<gjäft 2 und 4 betragt. Die Lange der EintauchdUse wird von der im Beispiel verwendeten abgeändert, so daß die obere Oberflache der ausgetragenen Ströme 100 mm unterhalb der geschmolzenen Stahloberflache liegt. Als Gießergebnis werden zahlreiche Kraterfehler auf Bereichen mit der Bezeichnung P auf den Strängen 4, wie in Fig. 2i gezeigt, erzeugt, die schematisch den Strang erläutern. Vermutlich sind derartige Defekte auf den Stillstand und die Diskontinuität der elektromagnetischen Strömung zurückzuführen, was durch den Einfluß der ausgetragenen Ströme aus der EintauchdUse verursacht wird.

Die Verfestigungsgrenzflache kann deshalb nicht der kontinuierlichen elektromagnetischen Strömung unterworfen werden.

Bei dem geschmolzenen Stahl mit der Zusammensetzung 2 und

ist die Störung der geschmolzenen Stahloberfläche so stark, daß die Gefahr eines Aufplatzens steigt. Anschließend wird das Gießen ohne Antriebskraft der Linearmotoren durchgeführt, die beim Gießen angehalten werden. Dadurch werden zahlreiche Krater auf dem Strang erzeugt, und die Ausbeute war deshalb

sehr gering.

Vergleichsbeispiel 6

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie

030021 /0696

_4o- 29AA159

die in den Chargen 1 bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Breitseiten der eingesetzten Kokille eben sind wie in einer üblichen Kokille und daß weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Strömung 0,2 m/sek. oder 1,3 m/sek. bei geschmolzenem Stahl mit der Zusammensetzung der Chargen 2 und 4 beträgt. Wenn der geschmolzene Stahl mit der Zusammensetzung der Chargen 1 und 2 mit einer Gießgeschwindigkeit von 1,3 m/sek. gegossen wird, wird die geschmolzene Stahloberfläche ernsthaft gestört und das Pulver für das kontinuierliche Giessen sammelt sich im Zentrum der Kokille an. Deshalb steigt die Gefahr des Aufplatzens.

Das Gießen wird anschließend ohne Antriebskraft der Linearmotoren durchgeführt, die während des Gießens angehalten werden. Dadurch werden zahlreiche Krater auf den Strängen erzeugt und deshalb ist die Ausbeute extrem gering. Bei geschmolzenem Stahl mit der Zusammensetzung der Chargen 2 und 4 und einer Geschwindigkeit von 0,2 m/sek. werden zahlreiche Krater an diagonal gegenüberliegenden Bereichen der Breitseiten der Stränge erzeugt. Vermutlich ist die Erzeugung der Krater auf die ebene Fbim der Breitseiten und die geringe Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen, die einen Stillstand und deshalb einen diskontinuierlichen elektromagnetischen Fluß entlang der Verfestigungsgrenzschicht erzeugt.

Vergleichsbeispiel 7

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie die der Chargen 1 bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der waagrechten rotierenden Strömung an der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille 0,1 m/sek. oder darunter beträgt. Große Lunker werden sogar auf der Oberfläche der Brammen erzeugt, die aus dem geschmolzenen Stahl mit der Zusammensetzung der 6naTgfen- ^{1 1}^d ² erhalten werden. Diese Brammen können deshalb den nachfolgenden Verfahren nicht unterzogen werden.

030021 /0S&3

-μ- 29AA159

Andererseits werden Krater auf sämtlichen Oberflachen der Brammen festgestellt, die aus dem geschmolzenen Stahl mit der Zusammensetzung der Chargen 3 und k erhalten werden. Zahlreiche Oberflachenfehler werden auf den Endprodukten erzeugt, die aus diesen Brammen hergestellt werden, so daß die Ausbeute sehr gering ist. In diesen Vergleichsbeispielen ist die Strömungsgeschwindigkeit der waagrechten rotierenden Strömung in der Kokille nicht ausreichend hoch, um die Blasenkeimbildung zu unterdrücken. Es werden deshalb Oberflächenlunker erzeugt.

Vergleichsbeispiel 8

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie die der Chargen 1 bis k wird unter der gleichen Bedingung wie in dem Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der waagrechten rotierenden Strömung an der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille auf 1,0 m/sek. oder darüber geändert wird. Es werden längliche Sprünge in geringer Anzahl auf der Oberfläche der Brammen erzeugt, die aus dem geschmolzenen Stahl mit der Zusammensetzung der Chargen 1 bis 4 erhalten werden. Gleichgültig wie klein die Abmessungen der länglichen Sprünge sind, werden die Brammen abgeschrebt. Anschließend werden die abgeschrebten Brammen den üblichen Verfahren

*5 unterzogen. In geringer Anzahl werden auf den Oberflächen der Endprodukte dieser Verfahren Oberflächenfehler erzeugt, so daß die Ausbeute gering ist. Vermutlich ist die Herstellung derartiger Oberflächenfehler auf sekundäre Fehler zurückzuführen, die beim Abschieben von großen länglichen

Sprüngen in dem Brammenabschnitt erzeugt wurden. Beim Gießen dieses Vergleichsbeispiels wird beobachtet, daß das Pulver für das kontinuierliche Gießen dazu neigt, sich im Zentrum der Kokille wegen der starken rotierenden Strömung anzusammeln. Dadurch geht der Schmiereffekt des Pulvers

für das kontinuierliche Gießen verloren, und es werden längliche Risse erzeugt.

030021/0696

Vergleichsbeispiel 9

Geschmolzener Stahl mit der gleichen Zusammensetzung wie die der Chargen 1 bis 4 wird unter der gleichen Bedingung wie im Beispiel mit der Ausnahme gegossen, daß die Verfestigungsgrenzflache, wo die Verfestigungsdicke nicht über 1,0 mm liegt, der elektromagnetischen Strömung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,4 m/sek. unterzogen wird. Die Ausgangsleistung der Linearmotoren wird so eingestellt, daß diese elektromagnetische Strömung erzeugt wird, in diesem Vergleichsbeispiel wird bei samtlichen geschmolzenen Stählen mit der Zusammensetzung der Chargen 1 bis 4 das Pulver für das kontinuierliche Gießen nicht gestört, und es wird eine Dicke der erhaltenen fehlerfreien Verfestigungsschicht von 0,5 mm erzeugt. Die durch das Giessen erhaltenen Strange werden den üblichen Verfahren unterzogen, um die Endprodukte herzustellen. Vor dem Einführen der Strange in einen Ofen werden die Lunker offengelegt. Wegen einer Konditionierung der Stränge ist die Wiedergewinnung äußerst gering. Dies ist darauf zurückzuführen, daß keine fehlerfreie Verfestigungsschicht, die starker ist als die Zundermenge, bei den Verfahren nach dem Gießen erhalten wird.

030021/0696

Leerseite

Claims

^ ; PATENTANWÄLTE DR. KADOR&DR. KLUNKER

K 12 7 54

Nippon Steel Corporation 6-3, Otemachi 2-chome
Chiyoda-ku
Tokyo / Japan

Verfahren zur Herstellung einer desoxidierten Stahlbramme durch kontinuierliches Gießen.

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer etwas desoxidierten Stahlbramme durch kontinuierliches Gießen unter Verwendung eines Pulvers für das kontinuierliche Gießen und einer Eintauchdüse, die in die Stahlschmelze innerhalb einer Kokille eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in die Kokille geschmolzenen Stahl mit einer Konzentration an freiem Sauerstoff im geschmolzenen Stahl in einem Bereich von 50-200 ppm gießt,

b) die Innenoberfläche beider Breitseiten dieser Kokille mit einer konkaven Gestalt, betrachtet im Längsschnitt der Breitseiten, versieht,

c) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft jeweils an den beiden Längsseiten der Kokille und oberhalb des Auslasses der Eintauchdüse anbringt,

d) die Antriebskraft dieser Vorrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Kraft in Richtung entlang beider Längsseiten einstellt, wobei die eine Richtung der anderen entgegengesetzt ist,

030021/0-698

ORIGINAL INSPECTED

e) diese Vorrichtung zur Erzeugung einer Strömung mir einer im wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit unter Energie setzt, wobei die Strömung horizontal vollständig um eine Verfestigungsgrenzfläehe und in deren Umgebung kreist und vom Ort der geschmolzenen Stahloberfläche innerhalb der Kokille bis in die Nähe eines vorbestimmten senkrechten Ortes der Verfestigungsgrenzfläche gebildet wird, und f) die Horizontalströmung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1-1,0 m/sek. fließen läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 0,5-0,8 m/sek. liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am vorbestimmten senkrechten Ort der Verfestigungsgrenzfläche eine Verfestigungsschicht mit einer Dicke von mindestens 0,7 mm gebildet wird.
k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft ein Linearmotor verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch A-, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor innerhalb einer Kühleinrichtung jeweils entlang beider Längsseiten der Kokille angeordnet ist und ferner die Zentren der Kerne des Linearmotors sich in der Nähe der geschmolzenen Stahloberfläche befinden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Gestalt der Breitseiten eine kreisförmig gekrümmte Gestalt ist, wobei der Krümmungsradius (R) die Hälfte bis das Zweifache der Länge (d) der Breitseiten der Kokille beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des freien Sauerstoffs in dem ge-

030021/0696

1 schmolzenen Stahl durch ein Desoxidans vorgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des freien Sauerstoffs im geschmolz-5 enen Stahl durch Vakuumentgasen des geschmolzenen Stahls, der aus einem Stahlerzeugungsgefäß abgezogen wurde, vorgegeben wird.

03002 1 /0696