AT502250B1 - Schmelzbehälter, insbesondere tundish - Google Patents

Description

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Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzenbehälter, insbesondere einen Tundish, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Schmelzenbehälter sind nach dem Stande der Technik vor allem als Zwischen behäl-ter oder Tundishs im Gebrauch. Ein Beispiel zeigt die DE-A-27 07 774 mit einem nach unten io konvergierenden Tauchrohr und einem komplementär geformten, von oben auf die obere Mündung des Tauchrohres aufsetzbaren Stopfen. Der Stopfen kann aber auch ein unten nur leicht konisches oder abgerundetes Ende haben, das in einen Stößel größeren Durchmessers übergeht, als dem lichten Querschnitt des Tauchrohres entspricht. 15 Die meisten Behälter dieser Art werden so über ein darunterliegendes Gefäß, beispielsweise eine Stranggußkokille, gebracht, daß das Tauchrohr während des Stranggießens in die am unteren Ende auslaufende Schmelze taucht. Beim Start des Gießvorganges befindet sich Luft und/oder Schutzgas sowohl in der noch leeren Kokille als auch im Tauchrohr unterhalb des Stopfens. Beim üblicherweise langsamen Öffnen des Stopfens tritt Schmelze durch den Spalt 20 zwischen Tauchrohr und Stopfen und fließt entlang dem Stopfen und/oder der Wandung des Tauchrohres (auf Grund der Adhäsion zwischen Schmelze und Wandungen) nach unten.

Es ist allerdings auch ein Schmelzenbehälter der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art aus der DE-18 09 934 bekannt geworden. Diese zeigt einen scheibenförmigen Körper, mit 25 dem man auch den Schmelzenbehälter verschliessen kann, bei dessen Rotation der daran befestigten Welle ein Versprühen erfolgen soll. Dabei wird eine unwillkürliche Betätigung des scheibenförmigen Stopfens dadurch verhindert, dass ihre Höhenlage fixiert werden kann. Somit müssen zwei Vorrichtungen zum Öffnen betätigt werden. 30 Der vorliegenden Erfindung befasste sich nun mit der Frage, was denn nun mit der Atmosphäre (Luft oder Schutzgas) innerhalb des Tauchrohres geschieht. Es wurden daher Beobachtungen angestellt, welche zeigten, dass die Atmosphäre dabei nicht vollständig aus dem Tauchrohr verdrängt wird, sondern ein großer Teil des Gases in Form von Bläschen während des weiteren Gießvorganges im Tauchrohr verbleibt. Das führt zu folgenden Nachteilen: 35 - der Auftrieb der Bläschen verhindert ihr Austreten nach unten, die Strömung im Spalt zwischen Stopfen und Tauchrohr erlaubt hingegen den Bläschen auch nicht nach oben zu entweichen; - damit drängt zum einen das Gas aufwärts und behindert so das gleichmäßige Auslaufen der 40 Schmelze aus dem Tundish, insbesondere stört es die gleichmäßige Verteilung der Schmelze, wenn diese z.B. einseitig auf einen nachgeordneten Schmelzeverteiler trifft; - dazu kommt es bei diesem Vorgang zu Gaseinwirbelungen, welche naturgemäß unerwünscht sind; - der Gaszutritt zur Schmelze bewirkt aber auch die Ausbildung von Reaktionsprodukten, wie 45 Oxyden, die unerwünscht sind, weil sie die Qualität des Metalles beeinträchtigen.

Kurzfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und eine 50 zuverlässige Speisung des jeweils unter dem Schmelzenbehälter gelegenen Raumes (Kokille) bei blasenfreier Metallzufuhr zu erreichen. Dies gelingt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen 55 3 AT 502 250 B1

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung in je einem Längsschnitt schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: 5 Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Tundish oberhalb einer Kokille; und

Fig. 2 einen ähnlichen Schmelzebehälter mit einer abgewandelten Ausführungsform von Tauchrohr und Stopfen. io Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Gemäß Fig. 1 ist eine Kokille 1 vorgesehen, welche mit einer Schmelze, beispielsweise von Magnesium oder Aluminium, befüllt werden soll. Die Ausbildung dieser Kokille 1 ist herkömmlicher Art und kann beispielsweise die Kokille einer Stranggießeinrichtung sein, in welche die 15 Schmelze S bis zu einem vorbestimmten Niveau N eingefüllt werden soll. Die Kokille 1 kann, besonders bei den erwähnten empfindlichen NE-Metallen an ihrer Oberseite eine Ringleitung 2 aufweisen, die in nicht dargestellter Weise an eine Schutzgasquelle angeschlossen ist und über Düsenöffnungen 3 Schutzgas in das Innere der Kokille 1 einbringt. Dabei hat das Schutzgas entweder ein größeres spezifisches Gewicht als Luft, so daß es auf das Niveau N absinkt, 20 und/oder es ist an der Oberseite der Ringleitung eine lediglich eine mittige Öffnung für ein Tauchrohr 4 freilassende, hier nicht gezeigte, Abdeckung vorgesehen. Zu letzterem Zwecke ist es vorteilhaft, wenn die Ringleitung 2 einen oben abgeflachten, beispielsweise in der gezeigten Weise etwa quadratischen oder rechteckigen Querschnitt besitzt. Das Tauchrohr 4 kann für die genannte mittige Öffnung einen sie verschließenden Kragen 4’ aufweisen. Im dargestellten 25 Ausführungsbeispiel ist das Tauchrohr 4 mit dem Bodenbereich des Behälters 5 verschweißt. Es ist aber auch möglich, das Tauchrohr 4 auswechselbar mit dem Tundish 5 zu verbinden.

Das Tauchrohr 4 dient in bekannter Weise dazu, die Schmelze s aus einem Zwischenbehälter oder Tundish 5 (in Fig. 1 sehr schematisch dargestellt) unterhalb des Niveaus N in die Kokille 1 30 einzubringen, um das Mitreißen von Gas in die Schmelze S zu vermeiden. Für einen gleichmäßigen Schmelzefluß ist es dabei vorteilhaft, wenn auch der Tundish 5 mit einem vorbestimmten Niveau Ν' mit einem Schmelzenquantum S' befüllt ist.

Der Abfluß des Schmelzenquantums S' aus dem Tundish 5 über das Tauchrohr 4 wird durch 35 einen Stopfen 6 reguliert, der erfindungsgemäß an der Unterseite des Tauchrohres 4, vorzugsweise mit einem sich nach unten von einem kleineren Durchmesser d zu einem größeren Durchmesser D aufweitenden Ende, vorgesehen ist. Dadurch kann sich der darüber gelegene Raum des Tauchrohres 4 ausgehend von einer Auslaßöffnung 7 des Tundish 5 mit einem Teil des Schmelzequantums S' füllen und damit den Zutritt von Luft oder Schutzgas verhindern. Die 40 Aufweitung des lichten Querschnittes des Tauchrohres 4 bzw. die vorzugsweise mindestens in etwa komplementäre Verringerung des Stopfenquerschnittes von unten nach oben bewirkt einen besonders dichten Verschluß des Tauchrohres 4. Der Tundish 5 ist für oxydationsempfindliche Metalle vorzugsweise geschlossen (besitzt also einen verschließbaren, nicht dargestellten Zulauf) und besitzt einen Anschluß 5' für ein Schutzgas. 45

Der Stopfen 6 weist in seinem in das Ende des Tauchrohres 4 hineinragenden Abschnitt 6', wie ersichtlich, an seinem unteren Ende einen größeren Durchmesser auf als an seinem oberen Ende. Unterhalb dieses etwa kegelstumpfförmigen (gegebenenfalls aber auch pyramidenstumpfförmigen) Abschnittes 6' weitet sich der Stopfen 6 nach Art eines Ventiltellers auf, der so den unteren Rand des Tauchrohres verschließt. Somit wird durch diese Ausbildung des Stopfens mit dem oberen Abschnitt 6' und dem anschließenden tellerartigen Abschnitt ein besonders dichter Abschluß des Tauchrohres erzielt, wenn sich der Stopfen 6 in der in Fig. 1 gezeigten Geschlossenstellung befindet. 55 Der Ventilteller am unteren Ende des Abschnittes 6' des Stopfens 6 dient nicht nur dem dichten 4 AT 502 250 B1

Verschluß des Tauchrohres 4 sondern kann sich, wie in Fig. 1 dargestellt, zu einem Schmelzeverteilteller 6" erweitern. Damit wird erreicht, daß die bei in Offenstellung befindlichem, also abwärts bewegtem, Stopfen 6 aus dem unteren Ende des Tauchrohres 4 herabströmende Schmelze sich nicht am Grunde der Kokille 1 ansammelt, sondern nach der Seite hin verteilt 5 wird. Es versteht sich aber, daß diese Verteilfunktion auf verschiedene Weise erreicht werden kann, beispielsweise durch einen schräg abwärts geneigten Teller 6" oder einen Teller, in dem anschließend an die untere Mündung des Tauchrohres 4 radial nach außen führende Kanäle eingearbeitet sind. Diese letztere Ausbildung ist jedoch nicht bevorzugt, vielmehr ist es günstiger, den Schmelzeverteiler in der dargestellten Weise als Teller 6" größeren oder kleineren io Durchmessers auszubilden.

Der Stopfen 6 ist vorzugsweise mit einer das Tauchrohr 4 durchsetzenden Stange 8 bzw. einem solchen Stößel verbunden, über den bzw. die die Betätigung des Stopfens 6 erfolgt. Dazu kann an der Oberseite des Tundish 5 ein Betätigungszylinderaggregat 9 (mit Kolben 10 etc.), gege-15 benenfalls aber auch eine mechanische oder elektromagnetische Betätigungseinrichtung vorgesehen sein, der das Tauchrohr durchsetzende Stößel 8 dient nicht nur der Betätigung des Stopfens 6, sondern auch als Führung des Stopfens 6 bei seiner Auf- oder Abwärtsbewegung.

Das Zylinderaggregat 9 kann derart gesteuert werden, daß das Niveau N in der Kokille 1 auf-20 recht erhalten bleibt. Zu diesem Zweck kann ein durch ein Dreieck angedeuteter Sensor 23 vorgesehen sein, dessen Ausgangssignal zur Steuerung des Aggregates 9, beispielsweise über das Ventil 11 herangezogen wird. Das Ventil 11 ist zu diesem Zwecke, wie ersichtlich, als elektromagnetisches Ventil ausgebildet. Der Sensor 23 kann in der unterschiedlichsten Weise ausgebildet sein, vorzugsweise als berührungsloser Sensor, wie unter Benützung eines Lasers 25 (z.B. Laserschnittverfahren), einer Radar- oder Sonareinrichtung oder durch induktive oder kapazitive Messung.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Stopfens an der Unterseite des Tauchrohres 4 bringt es nun aber mit sich, daß das Gewicht des Schmelzequantums S' samt dem Eigengewichts des 30 Stopfens 6 die Tendenz hat, den Stopfen 6 nach unten in die Offenstellung zu bewegen. Deshalb ist eine Fixiereinrichtung vorgesehen, welche diesen Kräften entgegenwirkt. Die Fixiereinrichtung kann einfach darin bestehen, daß das Zylinderaggregat 9 für die Betätigung des darin strichliert angedeuteten Kolbens 10 von einem Ventil 11 angesteuert wird, das drei Stellungen aufweist, nämlich eine Stellung 1T, in der eine Druckmediumquelle 12 mit einer Eingangslei-35 tung 13 des Zylinderaggregates 9 verbunden ist, eine Stellung 11", in welcher die Leitung 13 mit der Umgebung (im Falle eines pneumatischen Druckmediums) oder mit einem hydraulischen Vorrat verbunden wird, und die dargestellte Sperrsteilung 1T", in welcher jede Bewegung des Kolbens 10 und damit seiner Kolbenstange 14 unterbunden ist. 40 Die Fixiereinrichtung kann aber - insbesondere bei einer anderen Steuerung des Kolbens oder zusätzlich dazu (z.B. zum Ausgleich von Leckverlusten, welche ein Absinken des Kolbens 10 trotz Sperrsteilung 1T" ermöglichen) auch noch eine Federanordnung 15, z.B. eine Druckfeder (gegebenenfalls auch eine Zugfeder) umfassen. Diese Feder 15 greift zweckmäßig an einem Kragen 16 an, der im Bereich der nur schematisch angedeuteten Ankopplung 17 der Kolben-45 Stange 14 an den Stößel 8 vorgesehen ist, wogegen sich ihr unteres Ende an einem weiteren Kragen 18 am Gleitlager 19 für den Stößel 8 abstützt. Für die verschiedensten Zwecke kann es vorteilhaft sein, wenn der Stopfen 6 und/oder der Stößel 8 mit einer Temperiereinrichtung verbunden sind. Eine solche Temperiereinrichtung so kann den Zulauf von Kühlwasser oder einem anderen Kühlmittel umfassen, etwa wenn das in die Kokille eingefüllte Metall bereits nahe an der Grenze zur Ausbildung einer Legierungssuspension sein soll. Im allgemeinen ist es aber günstig, wenn die Temperiereinrichtung von einer Heizeinrichtung gebildet wird, weil so das Erstarren bzw. Anfrieren von Metall in diesem Bereich verhindert und ein guter Schmelzefluß erzielt wird. 55

Claims (9)

1. 5 AT 502 250 B1 Deshalb ist es bevorzugt, wenn im Inneren des Stößels 8 eine Heizung, beispielsweise ein Heizwendel, zweckmäßig jedoch ein Heizstab 20 untergebracht ist, der an seiner Oberseite, vorteilhaft im Bereiche der Ankopplung 17, mit elektrischen Anschlüssen 21 verbunden ist. Beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsetzt der Heizstab 20 auch den Stopfen-5 abschnitt 6' und endet in einer Platte 22 aus besonders gut wärmeleitendem Material, wie Kupfer. Alternativ sind natürlich auch andere gute Wärmeleiter, wie gewisse Stähle, ersetzbar. Auf diese Weise wird auch ein Festfrieren von Metall am Verteilerteller 6" verhindert und ein gutes seitliches Abfließen der von oben kommenden Schmelze gesichert. io Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Stopfen 6 als Schwimmer auszubilden, um so das Tauchrohr 4 automatisch zu schließen, wenn in der Kokille 1 das Niveau N erreicht ist. In einem solchen Falle wird man möglicherweise eine andere, flexiblere Art der Betätigung wählen. Um dem Stopfen 6 diese Schwimmerfunktion zu verleihen, ist es vorteilhaft, wenn der Stopfen, bzw. der damit verbundene Schmelzeverteiler 6" einen Hohl-15 raum aufweist. Dieser kann, mindestens teilweise, unausgefüllt sein, wie dies an Hand eines Hohlraumabschnittes 6a gezeigt ist, es kann aber auch (an Stelle des guten Wärmeleiters) das Material der Platte 22 aus spezifisch besonders leichtem Material gebildet sein. Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schmelzenbehälters 20 5a, der oben offen ist. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 unterscheidet sich diese Ausführung aber auch dadurch, daß der lichte Durchmesser des Tauchrohres 4a von oben nach unten jeweils gleich ist. Der Stopfen 106 ist hier nur mit einem relativ kleinen Ventilteller 106" versehen. Der Heizstab 20 aber reicht vorzugsweise bis in den oberen, in die Mündung des Tauchrohres 4a ragenden Abschnitt 106' des Stopfens, von wo aus die Wärmeleitung in 25 den verkleinerten Teller 106" relativ leicht erfolgt. Alle übrigen Teile können auf dieselbe Weise ausgebildet sein, wie oben an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde. Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Varianten denkbar; beispielsweise kann der Stopfen 6 bzw. 106 die verschiedenste Form aufweisen, etwa eine Kalottenform. Auch ist es möglich, an 30 Stelle des Heizstabes 20 (oder zusätzlich dazu) eine Temperatursonde im Inneren des Stößels 8 bzw. des Stopfens 6 unterzubringen, um so etwa die Temperatur der Schmelze zu überwachen. Auch ist es zwar vorteilhaft, die Platte 22 in einen Hohlraum des Verteiltellers 6" einzubringen, so daß ihr Material gegen das Schmelzenmaterial geschützt ist, doch ließe sich zur Wärmeleitung auch der ganze Stopfen bzw. der Verteilerteller aus wärmeleitendem Material 35 hersteilen, insbesondere wenn dazu ein Stahl, wie Molybdänstahl, verwendet wird. An Hand der obigen Beispiele wurde ein Tundish mit nur einer Auslaßöffnung beschrieben. Es wäre aber möglich, entweder zwei oder mehrere Auslaßöffnungen, beispielsweise zum rascheren Befüllen einer einzigen Kokille, vorzusehen oder mehrere Auslaßöffnungen zum Befüllen 40 mehrerer, z.B. nebeneinander aufgestellter, Behälter oder Kokillen vorzusehen. In einem solchen Falle, und besonders in ersterem, können mindestens zwei Stopfen von einer gemeinsamen Betätigungsvorrichtung geöffnet oder geschlossen werden, doch wird in den meisten Fällen, und insbesondere im zweiten Falle mit mehreren Behältern vorzugsweise jedem Stopfen eine gesonderte Betätigungseinrichtung zugeordnet sein. 45 Patentansprüche: 1. Schmelzenbehälter, insbesondere Tundish (5; 5a), mit mindestens einer Auslaßöffnung (7) so in einem Bodenbereich, an die ein Tauchrohr (4; 4a) angeschlossen bzw. anschließbar ist, sowie mit einem mittels einer Betätigungseinrichtung (8-15) aus einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung bringbaren Stopfen (6; 106) zum Verschließen der Auslaßöffnung (7), der an der Unterseite des Tauchrohres (4; 4a) vorgesehen ist, wobei die Betätigungseinrichtung (8-15) eine dem Gewicht der Schmelze (S1) oberhalb des Stopfens (6) und dem 55 Stopfengewicht selbst entgegenwirkende Fixiereinrichtung (1f", 15) zum Halten des Stop- 6 AT 502 250 B1 fens (6; 106) in der Geschlossenstellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Fixiereinrichtung (11"', 15) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung (8-15) von einem Niveausensor (23) im Bereiche einer Kokille (1), bzw. eines zu befallenden Behälters im Sinne einer Konstanthaltung des Niveaus (N) geregelt ist. 5
2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 106) einen den unteren Rand des Tauchrohres (4; 4a) verschließenden Ventilteller (6"; 106") aufweist.
3. 3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 106) am io unteren Ende einen größeren Durchmesser aufweist als an seinem oberen Ende.
4. 4. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der lichte Querschnitt (d, D) des Tauchrohres (4) wenigstens im unteren, mit dem Stopfen (6) zusammenwirkenden Bereich erweitert. 15
5. 5. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (8-15) einen durch das Tauchrohr (4; 4a) hindurchgeführten Stößel (8) bzw. eine solche Stange umfaßt, der bzw. die mit dem Stopfen {6; 106) verbunden ist.
6. 6. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (8-15) einen mit dem Stopfen (6; 106) verbundenen, vorzugsweise nach oben ragenden, Stößel (8) aufweist, daß der Stößel (8) hohl ist, und daß im Inneren des Stößels bzw. Stopfens eine Temperiereinrichtung (20) oder ein Temperaturmeßelement vorgesehen ist. 25
7. 7. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 106) einen Hohlraum aufweist, in welchem gegebenenfalls eine Temperiereinrichtung (20, 22) untergebracht ist, der jedoch bevorzugt mindestens zum Teil zur Ausbildung des Stopfens (6) als Schwimmer dient. 30
8. 8. Behälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperiereinrichtung (20) eine Heizeinrichtung, wie einen Heizstab, umfaßt.
9. 9. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der 35 Stopfen (6; 106) einen Schmelzeverteiler (6"; 106") trägt, daß vorzugsweise der Schmelze verteiler (6"; 106") als Verteilteller und/oder der Schmelzeverteiler (6"; 106") beheizbar ausgebildet ist, bzw. daß gegebenenfalls die Beheizung von der Heizeinrichtung <20) des Stopfens (6; 106) mittels Wärmeleitung zum Schmelzeverteiler (6"; 106") leitbar ist. 40 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 45 50 55