DE2162977A1

DE2162977A1 - METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING METAL RODS IN CONTINUOUS CASTING AND CONTINUOUSLY CAST METAL BAR MANUFACTURED BY THIS PROCESS

Info

Publication number: DE2162977A1
Application number: DE2162977A
Authority: DE
Inventors: Raffaele Dr Ing Tovini
Original assignee: Dalmine SpA
Current assignee: Dalmine SpA
Priority date: 1971-11-13
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2159515A1; JPS4857829A; IT940586B; JPS5123372B2; GB1389430A; US3833047A; ES408526A1

Description

PATENT Attorney DIPL INQ. RAINER VIETHEN

K O LN-LindcnthalK O LN-Lindcnthal

BachemeT Street 54-56

Köln, den 16. Dez. 1971 V/ReCologne, December 16, 1971 V / Re

My sign D 24/2 Applicant ii D A LM IN E S.p.A.

Via Brera, 19Via Brera, 19th

20121 Mi 1 a η ο / Italien20121 Wed 1 a η ο / Italy

Description"

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallstangen im Strangguß sowie nach diesem Verfahren hergestellte Stranggußmetallstange -Method and device for the production of metal rods in continuous casting and according to Continuously cast metal rod produced using this process -

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen, d.h. im Strangguß erfolgenden Gießen von Metallstäben, bei dem ein Metall, wie etwa Stahl, während des Durchganges durch eine gekühlte Form vom flüssigen in den festen Zustand überführt wird. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Metallstäben im Strangguß, bei dem das flüssige Metall in eine Form mit gerader, im wesentlichen senkrechter Achse eingeführt wird. Gegenstand der Erfindung sind ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die mit diesem Verfahren hergestellten Stranggußmetallstäbe. The present invention relates to a method for the continuous, i.e. continuous casting, of Metal rods in which a metal, such as steel, while of passage through a chilled form of the liquid is transferred to the solid state. In particular, the invention relates to a method for producing Metal rods in continuous casting, in which the liquid metal in a shape with a straight, essentially vertical Axis is introduced. The invention also provides a device for carrying out this process and the continuously cast metal rods produced by this process.

Es ist bekannt, daß Metallstäbe, die mit irgendeinem: der herkömmlichen Stranggußverfahren hergestellt worden sind,It is known that metal rods with any: the conventional continuous casting processes have been produced,

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in ihrer Mitte eine poröse Zone haben, die normalerweise kein Problem darstellt, wenn der Stab zu einem Walzprodukt oder Walzprofil weiterverarbeitet wird, weil dann die kleinen, inneren Hohlräume infolge des Walzdruckes verschmelzen. Diese poröse Zone kann jedoch große Schwierigkeiten bereiten, wenn der Stab, insbesondere bei rundem Querschnitt, zur Herstellung von Rohren bestimmt ist. In diesem Falle besteht die erste, an diesem Stab durchgeführte Bearbeitung darin, daß die Mitte des Stabes in einem Perforierwalzwerk mit schrägen Bohrstangen aufge- |f bohrt wird, wobei Spannungen in der Mitte des Werkstückes verursacht werden, bei denen es sich nicht nur um Druckspannungen handelt und die daher die kleinen, inneren Hohlräume aufweiten können, so daß hierdurch Schäden (Zunder) auf der Innenseite des hergestellten Rohres verursacht werden.have in their center a porous zone that normally poses no problem if the bar is further processed into a rolled product or rolled profile, because then the small, inner cavities merge as a result of the rolling pressure. However, this porous zone can cause great difficulties prepare when the rod, especially with a round cross-section, is intended for the manufacture of pipes. In this case, the first machining operation performed on this rod is to cut the center of the rod into a perforating roller mill with inclined boring bars | f is drilled, with stresses in the center of the workpiece which are not just compressive stresses and which are therefore the small, internal ones Can expand cavities, so that this causes damage (scale) on the inside of the pipe produced will.

Bekannt 1st ferner, daß sich im Inneren des erstarrenden Stabes ein Körper aus flüssigem Metall befindet, der im wesentlichen die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Kegels hat und dessen Tiefe bestimmt wird durch die Ab- |) messungen des Stabes, durch die Umstände und Bedingungen, mit denen das geschmolzene Metall eingegossen wird und durch die verschiedenen Parameter der Erstarrung, wie . etwa die Auszugsgeschwindigkeit, die Intensität der primären und sekundären Kühlung usw. Je größer die Tiefe dieses Körpers aus geschmolzenem Metall oder die Höhe seines Kegels ist, desto spitzer ist der Spitzenwinkel des Kegels bei einem gegebenen Stabquerschnitt im geschmolzenen Zustand an der Eintrittsöffnung der Form. Es wurde gefunden, daß nahe der Kegelspitze die von den WÄN-den des Stabes zur Mitte hin wachsenden Kristalle aufein-It is also known that inside the solidified Rod is a body made of liquid metal, which is in the essentially has the shape of an upside-down cone and its depth is determined by the |) measurements of the rod, by the circumstances and conditions, with which the molten metal is poured and through the various parameters of solidification, such as. such as the extraction speed, the intensity of the primary and secondary cooling, etc. The greater the depth this body of molten metal, or the height of its cone, the more acute the apex angle of the cone for a given rod cross-section in the molten state at the inlet opening of the mold. It it was found that near the apex of the cone those from the WALLS crystals growing towards the center of the rod

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andertreffend Brücken bilden, die den Strom des flüssigen Metalls in die darunterliegenden Bereiche behindern, wenn sich in diesen Bereichen durch Schrumpfung Hohlräume bilden. Die übermäßige Tiefe dieses Körpers aus flüssigem Metall erweist sich daher als der Hauptgrund für die Entstehung der obenerwähnten Porosität in der Mitte des im Stranggußverfahren hergestellten Stabes.they meet to form bridges that carry the flow of the liquid Metal into the underlying areas if voids form in these areas due to shrinkage. The excessive depth of this body of liquid Metal therefore turns out to be the main reason for the creation of the aforementioned porosity in the center of the im Continuous casting process produced rod.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues, verbessertes Verfahren zum Herstellen von Metallstäben im Strangguß, mit dem die obenerwähnten Nachteile vermieden werden und bei dem zusätzlich zur Kühlung des Stabes von der Außenseite der Form her im flüssigen Metall während des Erstarrungsvorganges in der Mitte des Stabes eine Anfangskühlung hervorgerufen oder bewirkt wird.The present invention is a new, Improved process for the production of metal rods in continuous casting, with which the above-mentioned disadvantages are avoided and in addition to cooling the rod from the outside of the mold in the liquid metal during the solidification process in the middle of the rod caused or brought about an initial cooling will.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zielt darauf ab, die Kühlbedingungen und die Erstarrung des Stabes während seiner Bildung beim Durchgang durch die gekühlte Form und durch die anschließende Sekundärkühlzone zu verbessern. Insbesondere schlägt das verbesserte Verfahren vor, die Porosität in der Mitte des im Strangpreßverfahren hergestellten Stabes wesentlich zu verringern, wobei die Tiefe des im Inneren des Stabes gebildeten Körpers aus flüssigem Metall durch Absenkung der Temperatur im Mittelbereich selbst verringert wird. ,The method according to the invention aims at the cooling conditions and the solidification of the rod during to improve its formation when passing through the cooled mold and through the subsequent secondary cooling zone. In particular, the improved method suggests the porosity in the middle of the extrusion process produced rod to reduce significantly, the depth of the body formed inside the rod liquid metal by lowering the temperature in the middle area itself is reduced. ,

Diese Aufgabe wird beim Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man In die Masse aus flüssigem Metall während des Erstarrungevorganges kontinuierlich von oben entlang der Achse der Form einen festen Metallstab eln-This object is achieved in the method according to the invention solved by In the mass of liquid metal During the solidification process, continuously insert a solid metal rod from above along the axis of the mold.

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führt, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das in der Form erstarrende Metall.leads whose metal has the same composition as the metal solidifying in the mold.

Während bei den herkömmlichen Stranggußverfahren der Guß* strahl aus flüssigem Metall mittig in die Form eintritt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Gußstrahl außermittig in die Form eingeführt oder es werden zwei oder mehr Gußstrahlen symmetrisch zur Mitte der Form eingeführt, damit in der Mitte freier Raum für den festen Metallstab bleibt, der entlang der Formachse eingeführt wird.While in the conventional continuous casting process the casting * A jet of liquid metal enters the center of the mold, this casting jet is according to the present invention introduced eccentrically into the mold or two or more casting jets are introduced symmetrically to the center of the mold, so that there is free space in the middle for the solid metal rod, which is inserted along the mold axis will.

Die Abmessungen des axial eingeführten festen Metallstabes und die Geschwindigkeit, mit der dieser eingeführt wird, werden so berechnet, daß die Menge des eingeführten Metalles so g«8 ist, daß das Metall ganz aufgeschmolzen werden kann, bevor es wieder erstarrt, wobei zur Aufschmelzung des Metallstabes die Enthalpie der überhitzung der Masse des umgebenden Metalles benutzt wird, das auf diese Weise gekühlt wird.The dimensions of the axially inserted solid metal rod and the speed at which it is inserted will be calculated so that the amount of imported Metal is so good that the metal is completely melted before it solidifies again, whereby the enthalpy of overheating causes the metal rod to melt the bulk of the surrounding metal is used, which is cooled in this way.

Gemäß einer unter den Erfindungegedanken fallenden Variante des Verfahrens kann der in die Mitte der Form eingeführte feste Metallstab ein Rohr sein. Auf diese Welse erreicht man eine schnellere Aufschmelzung des festen Metalles, da eine größere Oberfläche zum Wärmeübergang zwischen dem festen Stab und der Flüssigkeit vorhanden ist.According to a variant falling under the concept of the invention In the process, the solid metal rod inserted in the center of the mold can be a tube. To these catfish a faster melting of the solid metal is achieved, as there is a larger surface for heat transfer is present between the solid rod and the liquid.

Eine weitere Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß das Metallrohr, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das Metall dar erstarrenden Stange, kontinuierlich von oben entlang der Achse dar Form ein-Another variant of the method according to the invention provides that the metal tube, the metal of which has the same composition as the metal in the solidifying rod, continuously from above along the axis of the shape

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geführt und gleichzeitig vom oberen Ende dieses Rohres her ein inertes Gas eingeleitet wird) d.h. ein Gas, das mit dem flüssigen Metall weder so weit reagiert noch so weit in diesem diffundiert, daß die Eigenschaften des Metalls hierdurch verändert werden. Durch die Einleitung des Inertgases wird ein gesteuerter Rühreffekt in der Metallschmelze erzielt, durch den die AufSchmelzung möglicherweise vorhandener fester Bruchstücke erleichtert wird, wobei gleichzeitig die Kühlung der Mittelzone der Schmelze noch verstärkt wird.and at the same time an inert gas is introduced from the upper end of this tube) i.e. a gas that neither reacts with the liquid metal nor diffuses so far in it that the properties of the Metal can be changed as a result. The introduction of the inert gas creates a controlled stirring effect in the Metal melt achieved through which the melting may occur existing solid fragments is facilitated, at the same time the cooling of the central zone of the Melt is reinforced.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Einzelbeschreibung einiger Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigttOther objects, features and advantages of the invention result for the person skilled in the art from the subclaims and from the following individual description of some exemplary embodiments, reference being made to the accompanying drawings. In the drawings shows

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine herkömmliche Stranggußvorrlchtung,Fig. 1 is a schematic section through a conventional one Continuous casting device,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung durch eine Stranggußvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 through a continuous casting device for carrying out the Method according to the invention,

Fig. S in einem Teilschnitt eine Variante der erfindungsgemäften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung undS shows a variant of the invention in a partial section Apparatus for carrying out the method according to the invention and

Fig. 4 und 5 jeweils einen Teilschnitt durch eine herkömmliche und eine erfindungsgemäße Stranggußvorrichtung mit einem Temperaturdiagramm für zwei im Erstarrungsbereich des Stranges liegende Querschnitte. 4 and 5 each show a partial section through a conventional one and a continuous casting device according to the invention with a temperature diagram for two im Cross-sections lying in the solidification area of the strand.

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Gemäß der Darstellung in den Zeichnungen wird flüssiges Metall, insbesondere Stahl, das in einem Tiegel 1 enthalten ist, in einen Füllbehälter 2 überführt, von dem ein Strahl 3 in eine Form 4 eintritt, in der es einen Flüssigkeitskörper 5 bildet. Walzen 6 führen die teilweise erstarrte Stange 7 durch einen Schleier aus Wasserstrahlen, der von einer Reihe Düsen 8 erzeugt wird, die auf einer Sammelleitung 9 montiert sind. Der aus geschmolzenem Metall bestehende Flüssigkeitskörper 5 hat im wesentlichen die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Kegels, dessen Grundfläche die freie Oberfläche des geschmolzenen Metalls bildet und dessen untenliegende Spitze 10 dort liegt, wo die Erstarrung des Metalls abgeschlossen ist. Walzen 11 ziehen die Stange 7 aus der Form 4 heraus, woraufhin die Stange 7 einer zweiten oder sekundären Kühlung unterworfen wird.As shown in the drawings, liquid metal, in particular steel, is contained in a crucible 1 is, transferred into a filling container 2, from which a beam 3 enters a mold 4, in which there is a Liquid body 5 forms. Rollers 6 guide the partially solidified rod 7 through a veil of water jets, generated by a row of nozzles 8 mounted on a manifold 9. The one from melted Metal body of liquid 5 essentially has the shape of an upside-down one Cone, the base of which forms the free surface of the molten metal and its lower tip 10 is where the solidification of the metal is complete. Rollers 11 pull the rod 7 out of the mold 4 out, whereupon the rod 7 is subjected to a second or secondary cooling.

In Flg. 2, die eine erste, grundsätzliche Aufführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt, ist der Füllbehälter 2 derart verschoben, daß der Strahl 3 außermittig in die Form 4 eintritt; man könnte jedoch auch zwei oder mehr Strahlen 3 symmetrisch zur Achse der Form vorsehen* Ein fester Metallstab 13, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das geschmolzene Metall und folglich das Metall der Stange 7, wird kontinuierlich durch Förderwalzen 12 in die Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 aus geschmolzenem Metall eingeführt. Wie oben bereits erwähnt wurde, schmilzt auch der Metallstab 13 und absorbiert dabei Hitze aus dem umgebenden, geschmolzenen Metall im Flüssigkeitskörper 5, das infolgedessen gekühlt wird. Die Herabsetzung der Temperatur in der Mitte der erstarrenden Stange 7 führt zu einer Schrumpfung desIn Flg. 2, which is a first, basic form of performance of the method according to the invention shows, the filling container 2 is displaced in such a way that the jet 3 is eccentric enters mold 4; however, one could also provide two or more beams 3 symmetrical to the axis of the form * A solid metal rod 13, the metal of which has the same composition as the molten metal and consequently the metal of the rod 7 is continuously transported by conveyor rollers 12 to the center of the body of liquid 5 introduced from molten metal. As already mentioned above, the metal rod 13 also melts and absorbs in the process, heat from the surrounding, molten metal in the body of liquid 5, which is consequently cooled will. The lowering of the temperature in the middle of the solidifying rod 7 leads to a shrinkage of the

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Flüssigkeitskörpers 5,dessen Spitze 10 nun höher liegt als bei der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung und Verfahrensweise, wobei auch der Scheitelwinkel des Flüssigkeitskörpers 5 in Fig. 2 größer ist.Liquid body 5, the tip 10 of which is now higher than in the conventional apparatus and procedure illustrated in FIG. 1, the vertex angle also being of the body of liquid 5 in Fig. 2 is larger.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante der Erfindung wird anstelle des in Fig. 2 vorgesehenen Metalletabes ein Metallrohr 14 von Rollen 12 kontinuierlich in die Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 eingeführt. Unter der Voraussetzung, daß in beiden Fällen die eingeführte Metall menge gleich ist, ist beim Metallrohr 14 die mit der Metallschmelze in Berührung befindliche Oberfläche größer als beim Metallstab 13, so daß beim Metallrohr 14 der Wärmeaustausch und folglich die Aufschmelzung des Metalls leichter ist, was wiederum zu einer stärkeren Herabsetzung der Temperatur entlang der Achse der Stange 7 führt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung!form dieser Variante wird in das Innere des Metallrohres 14 in Richtung des Pfeiles 15 ein im obenbeschriebenen Sinne inertes Gas eingeleitet, das unten dort, wo das Metallrohr schmilzt, austritt und durch den Flüssigkeitskörper 5 aufsteigt, wodurch die vollständige Aufschmelzung des Metallrohres 14 noch verbessert und eine unmittelbare Kühlung der Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 erreicht wird.In the variant of the invention shown in FIG. 3 is instead of the metal tab provided in FIG a metal tube 14 is continuously inserted into the center of the body of liquid 5 by rollers 12. Under the Prerequisite that in both cases the imported metal amount is the same, is the metal pipe 14 with the Molten metal in contact surface larger than the metal rod 13, so that the metal tube 14 of Heat exchange and consequently the melting of the metal is lighter, which in turn leads to a greater reduction in temperature along the axis of the rod 7. According to a preferred embodiment of this variant is in the interior of the metal tube 14 in the direction of arrow 15, an inert gas in the sense described above initiated, which emerges at the bottom where the metal pipe melts and rises through the body of liquid 5, whereby the complete melting of the metal pipe 14 is still improved and an immediate cooling of the center of the body of liquid 5 is achieved.

In Fig. 4 sind fluchtend unter einem schematischen Längsschnitt durch eine in einer herkömmlichen Stranggußform 4 Bach dem herkömmlichen Verfahren erstarrenden Stange die Temperaturdiagramae für ewei mit A-A und B-B bezeichnete Querschnitte dargestellt.In Fig. 4 are aligned under a schematic longitudinal section by a rod that solidifies in a conventional continuous casting mold using the conventional method labeled the temperature diagrams for two with A-A and B-B Cross-sections shown.

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Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In den beiden Figuren 4 und 5 ist bei Ts diejenige Temperatur angegeben, bei der das Metall vom flüssigen Zustand in den festen Zustand übergeht.FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 4 in the method and the device according to the present invention Invention. In both FIGS. 4 and 5, the temperature at Ts is indicated at which the metal from liquid state changes to solid state.

Aus dem Diagramm in Fig. 5 ist zu ersehen, daß im mittleren Punkt M des Querschnittes B-B die Temperatur niedriger 1st als an der etwas außerhalb der Mitte liegenden Stelle N, wodurch eine schnellere Erstarrung im axialen Bereich der Stange 7 verursacht wird.From the diagram in Fig. 5 it can be seen that the temperature is lower in the middle point M of the cross-section B-B 1st than at the slightly off-center point N, resulting in faster solidification in the axial Area of the rod 7 is caused.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht an die Einzelheiten der nur zur Erläuterung und nicht etwa zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens dienenden obigen Ausführungsbeispiele gebunden. Sie kann vielmehr im Rahmen des fachmännischen Könnens vielfältig abgewandelt werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.The invention is of course not limited to the details the above exemplary embodiments, which are only used for explanation and not, for example, to delimit the concept of the invention bound. Rather, it can be varied in many ways within the framework of the professional ability, without leaving the idea of the invention.

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Claims

- 9 PATENT Attorney DIPL. INQ. RAINER VIETHEN Bachemer Strasse 54-56 December 16, 1971 V / Re My sign! D 24/2 Applicant In ιD A LM INE S.p.A. Via Brera, 19 2Θ121 M 1 1 a η ο / Italy claims

1) Process for the production of metal bars in the continuous casting with a shape with a straight, substantially perpendicular Axis, characterized in that one is made into the mass liquid metal during the solidification process continuously from above along the axis of the mold a solid Introduces metal rod, the metal of which has the same composition as the metal solidifying in the mold.

2) Method according to claim 1, characterized in that the solid metal rod is a tube.

3) Method according to claim 2, characterized in that an inert gas is introduced from above into the interior of the metal tube which has been introduced into the liquid metal neither reacts nor diffuses into the liquid metal to the extent that the mechanical properties of the metal can be changed as a result. '

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4) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Metallraasse of the imported metal Is tabes is completely melted by enthalpy the overheating of the surrounding metal mass, the temperature of which is then lowered before the metal mass solidified again in the mass of the bar produced.

5) Continuously cast metal rod, characterized in that it is the metal of an axially in the still liquid part (5) its metal mass contains continuously introduced metal rod (13,14), the metal of which has the same composition like the metal of the continuously cast metal! (7).

6) Continuously cast metal rod according to claim 5, characterized in that that the continuously introduced metal rod is a metal tube (14).

7) Continuously cast metal rod according to claim 6, characterized in that the metal tube (14) is connected to an inert gas source (15) is connected.

8) Device for performing the method according to claim 1 with a continuous casting mold with a straight, substantially vertical axis, characterized in that a metal rod (13, 14) in extension above the continuous casting mold (4) the Fonsachse in a conveyor device (12) for the continuous introduction of the metal rod from above into the Continuous casting mold (4) is arranged.

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9) Device according to claim 8 with a filling container for introducing the molten metal into the continuous casting mold, thereby characterized in that the outlet (3) of the filling container (2) is eccentric to the axis of the continuous casting mold (4) is arranged.

10) Device according to claim 9, characterized in that the filling container (2) several symmetrical to the axis of the Has continuous casting fona (4) arranged outlets (3).

11) Device according to claim 8, 9 or 10, characterized in that that the metal rod is a metal tube (14).

12) Device according to claim 11, characterized by a Connection (15) for introducing an inert gas into the metal tube (14).

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