DE3406730C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Horizontal-Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze über einen Vorratsbehälter und eine Düse in eine ortsfeste Horizontalstranggießkokille eingeleitet wird und bei dem der Gußstrang in Abhängigkeit des metallostatischen Druckes ausgezogen wird, wobei die Metallschmelze am Austritt der an die Eingießöffnung der Horizontalstranggießkokille anschließenden Düse eingeleitet wird und während des Gießens kontinuierlich jeweils eine Metallfolie zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Querschnittsseiten mit Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt wird.

Derlei Verfahren bzw. Vorrichtungen dienen zum Gießen von dünnen Strängen bei hohem Ausbringen, d. h. höhrerer Gießgeschwindigkeit, wobei eine quer- und längsrißfreie Oberfläche sowie eine Oberfläche ohne Gießmarken angestrebt wird.

Der Stand der Technik gliedert sich in folgende Verfahren, denen grundsätzlich selbständige Bedeutung zukommt: Das Stranggießen von Metallen wird im Senkrechtverfahren und im Horizontalverfahren bei oszillierender Kokille bzw. bei einer Relativbewegung zwischen Gußstrang und Horizontalstranggießkokille ausgeübt. Sodann werden wandernde Kokillen angewendet, worunter Paare von Bändern, Walzen, Ketten u. dgl. verstanden werden.

Das eingangs bezeichnete Verfahren ist aus der US-PS 31 10 941 bekannt. Das bekannte Verfahren sieht vor, die Metallschmelze zumindest an Ober- und Unterseite aus dem Vorratsbehälter kommend und in der Düse vollständig zu führen. Hier bestehen jedoch Schwierigkeiten der Abdichtung der Metallschmelze zwischen dem Düsenmantel und dem bekannterweise gewählten Gewebeband. Es wird davon ausgegangen, daß auch bei Anwendung einer Metallfolie anstelle des bekannten Gewebebandes diese Abdichtschwierigkeiten weiterhin bestehen. Es ist außerdem ungeklärt, ob ein derartiges Gewebeband dazu geeignet ist, die entstehenden Oszillationsmarken zu vermeiden, weil das Gewebeband unter dem Temperatureinfluß der Metallschmelze nicht in der dort dargestellten Weise Bestand haben dürfte.

Die Durchführung des bekannten Verfahrens aufgrund von Metallfolien führt zu einer hohen Oberflächenqualität des Gußstranges und vermindert zusätzlich den maschinentechnischen Aufwand und führt im übrigen zu einer hohen Sicherheit gegen Durchbrüche. Ferner wird jegliche Reoxidation der Metallschmelze durch die Metallfolie gezielt vermieden. Die Abkühlung der Metallschmelze wird außerdem durch die Eigenschaften der Metallfolie erheblich beeinflußt.

Ungelöst nach dem Stand der Technik ist jedoch das Problem des Überganges zwischen Eingieß-Düse und der Folie.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer ortsfesten Horizontalstranggießkokille, die Oszillationsmarken vermeidet, nunmehr noch den Übergang der Metallschmelze von der Düse auf die Horizontal-Stranggießkokille zu gewährleisten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Horizontalstranggießkokille anschließenden Düse unter Bildung eines stationären Meniskus' und unter Aufrechterhaltung eines dynamischen Gleichgewichts in die Horizontalstranggießkokille eingeleitet wird und daß das dynamische Gleichgewicht der Metallschmelze in Abhängigkeit der Schmelzentemperatur, der Analyse der Metallschmelze, des metallostatischen Druckes am Düsenaustritt, ferner in Abhängigkeit des Düsenaustrittquerschnitts bzw. der Düsenform und der Strangabmessungen sowie der Gießgeschwindigkeit aufgebaut wird. Damit sind die Abdichtschwierigkeiten zwischen dem Düsenrohr und der Folie innerhalb der Horizontalstranggießkokille umgangen. Diese Maßnahme vereinfacht die Eingießverhältnisse beträchtlich. So wird nunmehr der Übergang der Metallschmelze von der Düse auf die Horizontalstranggießkokille aufgrund der Kontinuität von Querschnitt und Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dahingehend gestaltet, daß der ortsfesten Horizontal-Stranggießkokille an der Eingieß­ seite eine Führung für die Metallfolie zugeordnet ist, daß der Antrieb für die Metallfolie durch den Gußstrang selbst gebildet wird und daß die Metallfolie aus Aluminium- oder Stahlband besteht. Diese Maßnahmen vermeiden jeglichen Verschleiß der Horizontal- Stranggießkokille. Der Gußstrang berührt lediglich die Metall­ folie. Die Folie aus Aluminium oder Stahlband gestattet eine gesteuerte Oxidation, einen vorteilhaften Übergang und somit eine beidseitig am Gußstrang gleichmäßig gebildete Abkühlungsstruktur des Gußwerkstoffes.

Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Düse berührungsfrei in die Horizontal-Stranggießkokille ragt. Diese Maßnahme vermeidet Verschleiß und Wärmeprobleme an der Stelle der Zufuhr der Metallschmelze.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Düse mit einem Außenabschnitt und der Metallfolie dichtend in die Stranggießkokille ragt. Die Oxidation wird hierdurch auf einfache Weise vermieden, ohne das genaue Einführen der Metallfolie entlang der inneren Wandung im Gießraum der Stranggießkokille zu beeinträchtigen.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß die Metallfolie mit einem Nickelüberzug versehen ist. Der Nickelüberzug bremst den Wärmedurchgang. Mit dieser Maßnahme kann daher die Erstarrungsgeschwindigkeit im Gußstrang entsprechend den erwünschten Abkühlungskurven einzelner ausgewählter Gußwerkstoffe vorteilhaft beeinflußt werden.

Anstelle der Schmiereigenschaften einer Graphitkokille kann es als vorteilhaft angesehen werden, daß in weiterer Verbesserung der Erfindung die Metallfolie an der im Gießraum der Kokillenwandung zugewandten Seite Schmiereigenschaften und an der dem Gußstrang zugewandten Seite Hafteigenschaften aufweist. Der am Gußstrang haftende Teil der Metallfolie, soweit dieser nicht oxidiert ist, kann leicht durch Abschrecken oder ähnliche Schockwirkungen erzeugende Verfahrenstechniken gelöst werden, so daß der Gußstrang im erkalteten Zustand mit einer glatten und relativ metallisch reinen Oberfläche erzeugt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsquerschnitt durch eine Horizontalstrang­ gießkokille während des Abgießens der Metallschmelze und

Fig. 2 denselben Längsquerschnitt durch die Horizontalstranggieß­ anlage als alternativ Ausführungsbeispiel.

Die Metallschmelze 1, z. B. Stahlschmelze, fließt aus dem Vorrats­ behälter 2 durch die Düse 3 in den Gießraum 4 a der wassergekühlten und ortsfesten Horizontal-Stranggießkokille 4. Für dieses Einströmen werden die dargestellten Strömungsverhältnisse unter Aufrechterhaltung eines Flüssigkeitsdruckes Delta P während des Angießens aufrecht­ erhalten. Gleichzeitig erfolgt, um eine Oszillation der Horizontal-Strang­ gießkokille 4 zu vermeiden, das kontinuierliche Zuführen einer Metallfolie 5 mit der Ausziehgeschwindigkeit 6 des Gußstranges 7, die der Gießgeschwindigkeit entspricht.

Die Zuführung der Metallschmelze 1 erfolgt nach einem ersten Aus­ führungsbeispiel (Fig. 1) unter Ausnutzung der Strömungsverhält­ nisse bei einem stationären Meniskus 8, der unter Berücksichtigung eines metallostatischen (ferrostatischen) Flüssigkeitsdruckes Delta P, der Temperatur T, der Oberflächenspannung Sigma und der Gießgeschwindigkeit Vg aufgebaut wird. Hiernach richtet sich auch Form und Erstreckung 9 des stationären Meniskus 8. Der unter einem dynamischen Gleichgewicht entstehende stationäre Meniskus 8 richtet sich ferner nach dem Düsenaustrittsquerschnitt "d". Ein weiteres Kriterium für eine geeignete Ausbildung der Strömung ist die Form der Düse 3 sowie deren Eintauchtiefe in den Gießraum 4 a der Stranggießkokille 4.

Die Zuführung der Metallschmelze 1 erfolgt nach einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ebenfalls unter Ausnutzung der stabilen Strömungsverhältnisse bei einem im dynamischen Gleich­ gewicht befindlichen stationären Meniskus 8.

An der ortsfesten Horizontal-Stranggießkokille 4 befindet sich jeweils auf der Eingießseite 4 b eine Führung 10 für die Metallfolie 5, die entweder aus den Eingießseiten-Rollen 4 c (Fig. 1) oder aus der Eingießseiten-Rundung 4 d (Fig. 2) gebildet ist. Die Führung 10 wird hierbei (Fig. 1) noch durch eine Mündungsführung 11 ergänzt, die die Metallfolie 5 auf die Kokillenwandung 4 e luftspaltfrei auflegt, um den notwendigen metallischen Kontakt zwischen der wassergekühlten Kokillenwandung 4 e und der Metallfolie 5 zu schaffen. Der Kontakt wird außerhalb der Horizontal-Stranggießkokille 4 wieder gelöst, weil die Metallfolie 5 an der im Gießraum 4 a der Kokillenwandung 4 e zugewandten Seite 12 Schmiereigenschaften auf­ weist, also gleitet, jedoch an der dem Gußstrang 7 zugewandten Seite Hafteigenschaften, wodurch auch der Transport zusammen mit dem Gußstrang 7 ermöglicht wird.

Die Düse 3 kann entweder berührungsfrei (Fig. 1) oder mit einem Außenabschnitt 3 a dichtend in die Stranggießkokille 4 ragen. Die Abdichtung wird hierbei durch die Metallfolie 5 unterstützt.

Gewöhnlich ist die Metallfolie 5 auf Wickelbunden 13 vorrätig und wird vom Rollenkern ablaufend kontinuierlich mit Gießgeschwindig­ keit 6 abgewickelt. Die Metallfolie 5 kann auch mit einem Rücklauf 14 (Fig. 1) einer erneuten Wiederverwendung zugeführt werden. Es ist ferner zweckmäßig, in den Bereich der berührungsfrei in die Stranggießkokille 4 ragenden Düse 3 inertes Gas 15 einzuleiten, um eine Reoxidation der Metallschmelze 1 zu vermeiden.

Der Einsatz der Metallfolie 5 an zumindest zwei am Gußstrang 7 gegenüberliegenden Quer­ schnittsseiten erfolgt nach den Abkühlungsbedingungen, wobei bei sehr dünnen Gußsträngen, d. h. Gußstränge, deren Dicke 100 mm nicht übersteigt, auf die Einführung einer Metallfolie 5 für die Schmal­ seiten eines Gießquerschnitts sogar verzichtet werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zum Horizontal-Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze über einen Vorratsbehälter und eine Düse in eine ortsfeste Horizontalstranggießkokille eingeleitet wird und bei dem der Gußstrang in Abhängigkeit des metallostatischen Druckes ausgezogen wird, wobei die Metallschmelze am Austritt der an die Eingießöffnung der Horizontalstranggießkokille anschließenden Düse eingeleitet wird und während des Gießens kontinuierlich jeweils eine Metallfolie zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Querschnittsseiten mit der Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze am Austritt der an die Horizontalstranggießkokille anschließenden Düse unter Bildung eines stationären Meniskus' und unter Aufrechterhaltung eines dynamischen Gleichgewichts in die Horizontalstranggießkokille eingeleitet wird und daß das dynamische Gleichgewicht der Metallschmelze in Abhängigkeit von der Schmelzentemperatur, der Analyse der Metallschmelze, des metallostatischen Druckes am Düsenaustritt, ferner in Abhängigkeit von dem Düsenaustrittsquerschnitt oder der Düsenform und der Strangabmessungen sowie der Gießgeschwindigkeit aufgebaut wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfesten Horizontal-Stranggießkokille (4) an der Eingießseite (4 b) eine Führung (10) für die Metallfolie (5) zugeordnet ist, daß der Antrieb für die Metallfolie (5) durch den Gußstrang (7) selbst gebildet wird und daß die Metallfolie (5) aus Aluminium- oder Stahlband besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) berührungsfrei in die Horizontal-Stranggießkokille (4) ragt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) mit einem Außenabschnitt (3 a) und der Metallfolie (5) dichtend in die Horizontal-Stranggießkokille (4) ragt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (5) mit einem Nickelüberzug versehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (5) an der im Gießraum (4 a) der Kokillen­ wandung (4 e) zugewandten Seite (12) Schmiereigenschaften und an der dem Gußstrang (7) zugewandten Seite Hafteigenschaften aufweist.