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Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Reaktionsmitteln beim Giessen von Metall
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Reaktionsmitteln beim Giessen von Metall, insbesondere das Einbringen von Aluminium in Drahtform, in eine Schmelze oder einen Giessstrahl.
Es kann in vielen Fällen erwünscht sein, Zusätze, beispielsweise Impfmittel, Legierungselemente, Desoxydationsmittel, erst beim Vergiessen der Schmelze zuzugeben. Hiebei treten grundsätzlich zwei Schwierigkeiten auf. einerseits die genaue Dosierung der Reaktionsmittelzugabe und anderseits die gleichmässige Verteilung des Reaktionsmittels bzw. der Reaktionsprodukte im Gussstück.
Insbesondere beim Stranggiessen ist es bekannt, dass in manchen Fällen eine genau dosierte Zugabe von Aluminium notwendig ist, beispielsweise bei der Erzeugung von unberuhigten Stählen, Feinkornstählen und aluminiumberuhigten Stählen.
Die Zugabe von Aluminiumdraht bringt aber besondere Schwierigkeiten mit sich. Um eine günstige Verteilung des Reaktionsproduktes im Strang zu erhalten, wurde der Aluminiumdraht dem in die Kokille gerichteten Giessstrahl zugeführt, damit dieser das Aluminium bzw. dessen Reaktionsprodukte mitreisst und im Strang gleichmässig verteilt. Wenn der Aluminiumdraht in die Nähe flüssigen Metalls gelangt, wird er erwärmt und erweicht. Der erweichte Teil des Drahtes wird von seinem Gewicht nach unten gezogen. Eine genaue Zugabe an einen bestimmten Ort wird dadurch sehr erschwert. Die Zugabe in den Giessstrahl ist noch schwieriger, da das fliessende Metall das Abbiegen des Drahtes unterstützt und es in diesem Fall zu einem Einrollen und damit zu einem Wegbiegen vom Giessstrahl kommen kann.
Dies wird noch durch einseitige Erwärmung des Drahtes unterstützt. Durch dieses Wegbiegen wird ein unkontrolliertes, stückweises Abschmelzen bewirkt, das nicht nur eine dosierte Zugabe, sondern auch das Einbringen des Aluminiums in den Giessstrahl praktisch unmöglich macht. Wird das Reaktionsmittel aber nicht genügend tief in den Giessstrahl eingebracht, so lagert es sich an der Badoberfläche und dadurch an der Strangoberfläche ab. Örtliche Ablagerungen an der Strangoberfläche sind aber äusserst schädlich und erschweren bzw. verunmöglichen die Weiterverarbeitung des Stranges zu Endprodukten mit einwandfreien Oberflächen. Ausserdem begünstigen sie die gefürchteten Durchbrüche. Eine unregelmässige Zugabe von Reaktionsmitteln verursacht eine ungleichmässige Verteilung der Reaktionsprodukte.
Diese Nachteile schränken den Verwendungsbereich des Stranggussverfahrens ein.
Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile zu vermeiden und eine einwandfreie, gleichmässige Zugabe von Reaktionsmitteln sowie die gleichmässige Verteilung dieser Reaktionsmittel oder deren Reaktionsprodukte im Gussstück zu gewährleisten.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Draht, dessen Querschnitt verschiedene geometrische Formen aufweisen kann, zumindest in der Nähe des flüssigen Metalls mit strömendem inertem oder reduzierendem Gas umgeben wird. Dieses strömende Gas bildet um den Draht einen Gasmantel. Dieser. Gasmantel bewirkt eine Kühlung des Drahtes und eine Teilabschirmung der Hitze. So wird die Erweichung des Drahtes vermieden und dieser immer gerade in das flüssige Metall bzw. in dessen Giessstrahl eingeführt, was eine genau dosierte Zugabe und eine gleichmässige Verteilung des eingebrachten Materials bzw. der sich bildenden Reaktionsprodukte im Strang ergibt.
Die sich im Giessstrahl bildenden Reaktionsprodukte werden nämlich in den Strang hineingezogen und über den ganzen Querschnitt des Stranges durch die Turbulenz des Strahles gleichmässig verteilt. Damit aber ist es möglich, einen Strang
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mit gleichmässiger Qualität, d. h. ohne örtliche Anreicherungen des Reaktionsmittels oder dessen Reaktionsprodukte, sowie mit einer besseren Oberfläche zu erzeugen.
Bei Zugabe vonOxydbildendenReaktionsmittelnbildetsichauf der Badoberfläche eine Oxydschicht die an der Strangoberfläche Oxydationsanreicherungen bedingt, die die Strangoberfläche verschlech- tern. Um dies zu vermeiden, wird nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung die Oberfläche dei Schmelze von der Stelle der Einführung des Reaktionsmittels an bis einschliesslich des Badspiegels durch das inerte oderreduzierendeGas vor Oxydation geschützt. Dabei wird vorteilhaft strömendes Gas verwendet. Dadurch wird eine weitere wesentliche Verbesserung der Strangoberfläche erzielt.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung können die Zuführungsvorrichtungen gekühlt werden, vorzugsweise durch das strömende inerte oder reduzierende Gas. Dadurch ist es möglich, die Zuführungsvorrichtungen für den Draht sehr nahe am flüssigen Metall anzuordnen, ohne dass diese beschädigt werden oder das Reaktionsmittel in ihnen zum Schmelzen gebracht wird. Die Genauigkeit der örtlichen Einführung des Drahtes in den Giessstrahl wird so noch verbessert.
Zur Durchführung des Verfahrens soll gemäss der Erfindung einer Zuführungsvorrichtung für den Draht mindestens eine Zuführungsvorrichtung für inertes oder reduzierendes Gas zugeordnet sein. Vorzugsweise sollen dabei die die Zuführungsvorrichtung für das Gas bildenden Düsen um eine Düse angeordnet sein, aus der der Draht austritt. Dies erlaubt in einfacher Weise eine Kontrolle des Gasmantels. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung weist eine Schutzgasdüse in ihrem Innern eine Öffnung für die Zuführung des Drahtes auf. Diese Anordnung ermöglicht in einfacher Weise eine Ummantelung des Drahtes mit Gas durchzuführen. Das aus der Düse austretende Gas kühlt hiebei gleichzeitig die Zuführungsdüsen.
Die Erfindung wird an Hand von Figuren erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Zuführung von Reaktionsmitteln zum Giessstrahl, Fig. 2 eine andere Vorrichtung, bei der der Versorgerkopf auf der Kokille befestigt ist, Fig. 3 einen Schnitt durch ein wassergekühltes Mundstück eines Versorgerkopfes in schematischer Darstellung und Fig. 4 einen Schnitt durch ein mit Gas gekühltes Mundstück.
In Fig. 1 ist mit 1 ein von einer Drahtrolle abgezogener Aluminiumdraht bezeichnet, der zwischen Rollen 2 eingeklemmt und über ein Rohr 3 einem Giessstrahl 4 zugeführt wird. Die Rollen 2 werden über ein Getriebe 5 von einem Motor 6 angetrieben, dessen Geschwindigkeit stufenlos geregelt werden kann. Durch diese stufenlose Regelung ist eine stufenlose Dosierung der Zugabemenge möglich.
DieRollen 2 samt dem Getriebe 5 und dem Motor 6 bilden eine Einheit, die auf einer Giessbühne 7 angeordnet ist. Der Stahl fliesst aus einer Pfanne 8 über einen Tundish 9 in eine Kokille 10. In der Kokille 10 wird über Rohre 11 Kühlwasser zirkuliert. Das Rohr 3 weist einen Gasanschluss 12 auf, der mit einem entsprechenden Gasbehälter in Verbindung steht. Als Gas zur Erzeugung des Schutzmantels 15 soll nichtoxydierendes Gas, also inertes oder reduzierendes Gas verwendet werden. Dieses Gas wird über den Anschluss 12 dem Rohr 3 zugeführt und tritt zusammen mit dem Draht 1 durch das Mundstück 13 aus und kühlt den Draht 1 sowie das Rohrende. Dies ermöglicht die Einstellung einer geringen Entfernung zwischen dem Rohrmundstück 13 und dem Giessstrahl 4 und dadurch eine Führung des Drahtes bis nahe an den Giessstrahl.
Bei 14 tritt der Draht in das Rohr 3 ein.
An dieser Stelle ist eine Dichtung vorgesehen, die das Ausströmen des durch den Gasanschluss 12 eintretenden Gases entlang des Drahtes 1 verhindert. Zur Verhinderung der Oxydation der Oberfläche der Schmelze sind nicht gezeichnete, bekannte Einrichtungen zur Zuführung von Schutzgas vorhanden.
Bei Fig. 2 sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. l bezeichnet. Der Draht 1 wird jedoch über einen Schlauch 20 einem Versorgerkopf 21 zugeführt. Dieser kann beispielsweise nach dem System eines Schneidbrenners gebildet sein, wobei im Gas-Sauerstoffkanal desselben der Draht und in der Brenn-Sauerstoff leitung desselben das Gas zugeführt wird. Dieser Versorgerkopf 21 weist ein Mündstück 22 auf. Eine Gaszuführung 23 versorgt den Versorgerkopf 21 mit demfür die Kühlung notwendigen Gas. Dabei ist der Versorgerkopf so ausgebildet und angeordnet, dass das Gas auch als Schutzgas zur Verhinderung einer Oxydation der Schmelze nach der Reaktionsmittelzugabe dient.
Diese Anordnung ermöglicht, den Versorgerkopf 21 an der Kokille 10 zu befestigen und so das Mundstück ganz nahe an den Giessstrahl 4 anzuordnen. Dadurch ist eine gerade Zuführung des Drahtes 1 in den Giessstrahl 4 und eine genaue Dosierung sowie eine gute Verteilung des Reaktions-
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mittels oder dessen Produkte möglich.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt des Mundstückes eines andern Versorgerkopfes. Mit 30 wird ein Rohr zur Zuführung eines Drahtes 31 bezeichnet, wogegen ein Zuführungsrohr 32 für das Gas vorgesehen ist. Dieses Gas strömt durch eine entsprechend ausgebildete Öffnung 33 aus dem Rohr 32 aus und bildet einen Schutzmantel 34, in welchem der Draht 31 dem Giessstrahl zugeführt wird.
Dadurch wird der Draht gekühlt und die Wärme des flüssigen Metalls vom Draht teilweise abgeschirmt. Die Leitungen 30, 32 sind von einem Rohr 35 umgeben, das über Längswände 36 mit den Rohren 30, 32 verbunden ist. Durch die Wände 36 und die miteinander verbundenen Rohre 30,32 wird der vom Mantel 35 gebildete Raum in zwei Teile geteilt, die über Öffnungen 37 miteinander verbunden sind, wobei der eine Teil an seinem nicht gezeichneten Ende mit einer Kühl- wasserzuführung und der andere mit einer Wasserabführung versehen ist. Auf diese Art und Weise wird eine Zirkulation des Wassers und damit eine Kühlung des Kopfes ermöglicht.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Versorgerkopfes, bei dem ein Draht 41 aus einer Öffnung 42 austritt, die von einer Vielzahl von Bohrungen 43 umgeben ist. Diese Bohrungen 43 sind konzentrisch zu der Öffnung 42 angeordnet und mit einem Ringkanal 44 in Verbindung. Durch diese Bohrungen 43 strömt ein Gas zur Kühlung des Drahtes 41 aus. Der Draht 41 ist von einer Zuleitung 45 umgeben, die beispielsweise mit dem in Fig. 2 gezeigten Schlauch 20 in Verbindung steht. Der Ringkanal 44 ist mit einer Gasleitung 23 in Verbindung. Die Kühlung des Versorgerkopfes mit Gas bringt den Vorteil, dass bei einer Beschädigung des Versorgerkopfes kein Wasser austreten kann, was gegebenenfalls zu Schwierigkeiten führen könnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Einbringen von Reaktionsmitteln beim Giessen von Metall, insbesondere das Einbringen von Aluminium in Form eines Drahtes in eine Schmelze oder einen Giessstrahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht zumindest in der Nähe des flüssigen Metalls mit einem strömenden inerten oder reduzierenden Gas umgeben wird.